Qu'est-ce qu'un condensateur et à quoi sert-il?

Définition

Le mot condensateur vient du latin "condensatio", qui se traduit par "accumulation". En physique, ce terme est utilisé pour décrire toute une niche de produits électriques dont le but est de fonctionner comme un dispositif de stockage d'énergie. La quantité d'énergie stockée dépend de la capacité et du carré de la tension sur ses plaques, divisé par 2. De plus, le courant ne le traverse que pendant la charge. Mais tout d'abord.

E = (CU²)/2

En termes simples, un condensateur est un appareil qui peut stocker de l'énergie dans champ électrique. Dans la version la plus simple, il se compose de deux conducteurs (plaques), séparés par un diélectrique. Dans la figure ci-dessous, vous voyez un schéma simplifié du dispositif externe d'un condensateur plat. Le symbole sur le diagramme représente 2 éléments de 8 mm de haut, à une distance de 1,5 mm l'un de l'autre.

Principe de fonctionnement

Maintenant que nous savons comment cet élément est indiqué sur les diagrammes, nous devons considérer le principe de fonctionnement du condensateur. Lorsque les plaques de condensateur sont connectées à une source d'alimentation, les charges électriques des bornes positive et négative de l'IP se précipitent vers les plaques, s'accumulant sur elles.

Le courant électrique est interrompu après avoir chargé le condensateur à sa capacité nominale, car il y a une couche diélectrique entre les plaques, il ne peut pas circuler en continu. Lorsque la source d'alimentation est coupée, des charges resteront sur le condensateur, ce qui signifie que la tension à ses bornes restera.

Les charges accumulées sur chacune des plaques sont opposées. En conséquence, le couvercle qui était connecté à la borne positive de l'alimentation est chargé positivement, et celui qui est connecté à la borne négative est négatif. Le principe de fonctionnement de ce produit est basé sur l'attraction de charges opposées dans un circuit électrique.

En termes simples, le condensateur économisera l'énergie qui a été transférée de la source d'alimentation - c'est son objectif. Cependant, dans la pratique, il existe une variété de pertes et de fuites.

Intéressant! Leiden Bank est un prototype de condensateurs modernes, né en 1745. Cet appareil a pu accumuler de l'énergie et extraire des étincelles lorsque ses plaques ont été fermées. Apparence et design que vous voyez ci-dessous.

Et dans la figure ci-dessous, vous voyez la construction du condensateur plat le plus simple - deux plaques séparées par un diélectrique:

Comme la capacité est directement proportionnelle à la surface des plaques et inversement proportionnelle à la distance entre elles, afin d'augmenter la capacité, les ingénieurs ont développé un certain nombre d'autres formes de condensateurs.Par exemple, des plaques enveloppées dans une spirale - leur surface est donc devenue beaucoup plus grande aux mêmes dimensions globales, ainsi que des solutions cylindriques et sphériques.

L'une des lois de la commutation stipule que la tension aux bornes des plaques de condensateur ne peut pas changer brusquement, comme l'illustre la miniature suivante.

Espèce

Les condensateurs peuvent être classés selon différents critères.

Par constance de capacité:

• Permanente.
• Variables Leur capacité peut être modifiée soit manuellement par l'opérateur (utilisateur) de l'appareil, soit sous l'influence de la tension (comme dans les varicaps et varicondas).

Par polarité de la tension appliquée:

• Non polaire - peut fonctionner dans des circuits à courant alternatif.
• Polar - lorsqu'une tension de mauvaise polarité est connectée, ils échouent.

Selon l'endroit où ces composants sont utilisés, différentes options se distinguent par le matériau:

• Papier et métal - ceux-ci sont communs à beaucoup, courants à l'époque soviétique, sous la forme de briques rectangulaires avec des marques comme "MBHCH". L'apparition de ce type de condensateurs que vous voyez ci-dessous. Ils sont non polaires.
• Céramique - ils filtrent souvent le bruit haute fréquence, et la permittivité relative vous permet de fabriquer des composants multicouches d'une capacité comparable aux électrolytes (coûteux), non sensibles à la polarité.
• Film - distribué sous forme de tampons bruns, peu coûteux, sont utilisés partout. Caractérisé par un faible courant de fuite, une petite capacité, une tension de fonctionnement élevée et une insensibilité à la polarité de la tension appliquée.
• Avec un diélectrique à air. Le meilleur exemple d'un tel élément est le condensateur d'accord du circuit résonnant du récepteur radio, la capacité de ces éléments est petite, mais il est commode de réaliser son changement.
• Électrolytique - ce sont des éléments sous forme de barils, ils sont installés le plus souvent comme un filtre de pulsations de réseau dans l'alimentation. La conception et le principe de fonctionnement permettent d'obtenir une grande capacité avec une petite taille, mais au fil du temps, ils peuvent se dessécher, perdre de la capacité ou gonfler. Comment ces produits sont en bon état, vous voyez ci-dessous. En tant que diélectrique, une fine couche d'oxyde métallique est utilisée. Si l'alimentation utilise des condensateurs avec un diélectrique de AL₂O₃ - soi-disant "Electrolytes d'aluminium", puis pour le travail dans les circuits à haute fréquence - utiliser du tantale (Ta₂0₅ - ils s'appliquent également aux condensateurs à électrolytes, car ils ont moins de courant de fuite, une plus grande résistance aux influences extérieures, contrairement aux précédents en aluminium.
• Polymère - capable de résister à de grands courants pulsés, fonctionne à basses températures

Spécifications clés

Si vous réparez ou développez un appareil électronique, vous devrez sélectionner un condensateur approprié pour remplacer celui qui a échoué. Et pour cela, vous devez vous familiariser avec les principales caractéristiques techniques du condensateur, dont dépend son fonctionnement dans le circuit électrique.

Capacité nominale. Il caractérise l'objectif principal du composant - quel type de charge il peut stocker. La caractéristique principale est mesurée en farads [f]. Cependant, une telle unité de mesure est trop grande, par conséquent, des parts sont utilisées:

• Milifarades, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarads, microfarads - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarades, pF - 0, 000, 000, 001 F (10^-12).

La tension nominale est la tension à laquelle le condensateur peut être garanti de fonctionner en mode normal. Si cette valeur est dépassée, une panne du diélectrique est très probable. Il peut s'agir d'unités de volts (pour les électrolytes) et jusqu'à des milliers de volts (films et céramiques). Lors de la réparation, cette valeur ne doit pas être inférieure à celle d'un échec, plus élevée - c'est possible!

Tolérance d'écart - dans quelle mesure la capacité réelle peut différer de la capacité nominale déclarée. Il peut atteindre 20-30%, mais il existe également des modèles de haute précision avec une tolérance allant jusqu'à 1% - pour une utilisation dans des circuits où une précision particulière est requise.

Coefficient de température de la capacité - ce paramètre est important pour les électrolytes. Dans les condensateurs en aluminium, lorsque la température diminue, la capacité diminue et la résistivité électrique augmente (en anglais ESR)

ESR - résistance série équivalente, est également importante pour les électrolytes. En termes simples - plus c'est grand, pire c'est. Dans les condors gonflés, l'ESR monte.

Dans le tableau ci-dessous, vous voyez les valeurs ESR autorisées pour différentes capacités et tensions nominales.

Où et pour quoi sont appliqués

Pourtant, nous répondrons à la question «à quoi est destiné le condensateur?» d'un point de vue pratique. Pour ce faire, envisagez plusieurs schémas.

Les condensateurs électrolytiques sont le plus largement utilisés comme filtre des ondulations du réseau dans les alimentations électriques, ce qui a déjà été mentionné plus d'une fois. Le schéma ci-dessous montre où l'électrolyte est installé. Plus la charge est élevée, plus la capacité d'électrolyte est grande pour lisser l'ondulation.

Le prochain endroit où les condensateurs sont utilisés sont les filtres passe-haut et passe-bas. Le diagramme ci-dessous montre les inclusions typiques. Ainsi, dans les haut-parleurs, les basses, moyennes et hautes fréquences sont reproduites le long des haut-parleurs sans utiliser de composants actifs.

Les alimentations de ballast sont souvent utilisées pour charger de petites batteries et alimenter des appareils de faible puissance, tels que des ampoules LED bon marché, des radios et autres. Un condensateur à film est installé en série avec le dispositif d'alimentation, limitant le courant dû à sa réactance - c'est le principe de fonctionnement d'un circuit aussi simple.

Les snabbers sont des dispositifs conçus pour protéger les commutateurs à semi-conducteurs et les contacts de relais des charges de commutation. Dans les blocs d'alimentation modernes à haute fréquence pulsée, des amortisseurs provenant d'une résistance et d'un condensateur sont utilisés, améliorant ainsi les principaux paramètres du circuit et réduisant la charge sur les touches, ainsi que la perte de puissance sur son chauffage. Le principe de fonctionnement du snubber est de ralentir les fronts de croissance et de décroissance de la tension sur la touche du fait de l'utilisation du temps de charge constant de la capacité.

Conclusion

Nous avons examiné ce qu'est un condensateur, comment il est conçu et quelle fonction il remplit. Pour une étude plus approfondie, vous devez vous familiariser étroitement avec les types de condensateurs et leurs caractéristiques pratiques dans divers circuits et applications. Ainsi, par exemple, dans les cas où une précision particulière est requise pour le fonctionnement et la fiabilité, des électrolytes à faible ESR ou des électrolytes au tantale sont utilisés, alors qu'il n'y a pas de différence particulière dans le filtre sur le redresseur à mettre.

Enfin, nous vous recommandons de regarder des vidéos utiles sur le sujet de l'article:

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