Deux conducteurs, ou tout simplement deux armatures conductrices en regard séparées par un isolant, constituent un condensateur. On dira ainsi que, tout conducteur isolé présente par rapport aux autres conducteurs une capacité.

Symbole:

                     Condensateur polarisé

condensateur pol1

                    Condensateur non polarisé

condensateur1

 

Relations de base:

Soit qA, la charge de l'armature A, la charge électrique d'un condensateur est donnée par:

 

\[q_A = CU\]

        qA: en coulombs (C);

        C: capacité du condensateur en Farads (F);

        U: la tension aux borne du condensateur en volts (V).

Intensité de charge (ou de décharge) d'un condensateur:

\[i = \frac{dq}{dt}\]      

        i en ampères (A);

        dq/qt en coulombs par secondes (C/s).

 

Capacité d'un condensateur plan:

condensateur plan

\[C = ε_0 ε_r \frac{S}{e}\]

        ε0: permittivité du vide;

        εr: permittivité relative du matériau isolant;

        S: surface des armatures en regard (m2);

        e: epaisseur du diélectrique (m).

 

Considérations énergétiques:

L'énergie emagazinée par un condensateur est:

 

\[W = \frac{1}{2}CU^2\]       

        W: énergie en joules (J);

        C: capacité en farads (F);

        U: tension aux bornes en volts (V).

 

En régime sinusoïdal, l'énergie emagazinée par le condensateur durant une période est:

 

\[W = \frac{1}{2}C{U^2}_{max}\]      

        W: énergie (J);

        C: capacité (F);

        U2max  : tension maximale (V).

 

Association de condensateurs:

Montage en série: L'inverse de la capacité équivalente

 

condensateur serie

 

\[\frac{1}{C_{eq}} = \frac{1}{C_1} + \frac{1}{C_2} +...+\frac{1}{C_n}\]

 

Montage en parallèle: la capcité équivalente

 

condensateur paral

\[C_{eq} = C_1 + C_2 +...+ C_n\]

 

Spécifications pratiques des condensateurs:

  • Comportement en haute fréquence:

 

condensateur reel1

Le modèle haute fréquence ci-dessus, montre qu'un condensateur, possède:

Sa capacité nominale: C

Une résistance d'isolement : Rp; dont les valeurs peuvent varier entre des dizaines MΩ, pour certains condensateurs électrolytique, et des dizaines de GΩ, pour des condensateurs au céramique.

Une résistance série : Rs due aux connexions des armatures, et aux caractéristiques du diélectrique;

Les condensateurs au céramique ont une valeur Rs idéale de l'ordre du milli ohm; les condensateurs électrolytique au tantale ont une résistance Rs de quelques centaines de milli ohm; tandis que les condensateurs électrolytique en aluminium ont une résistance de l'ordre du ohm.

Une inductance série : Ls due aux liaisons; elle peut prendre des valeurs comprises entre 100pH et 10nH.

 

  • Tension nominale:

Cette caractéristique spécifie la tension maximale qu'on peut appliquer au condensateur.

En régime alternatif, l'amplitude maximale de la tension crête à appliquer au condensateur est de 40% de la tension maximale en régime continu.

 

  • Coefficient de tension:

C'est un coefficient qui spécifie la variation de la capacité du condensateur en fonction de la varaition de la tension qui lui est appliquée: en  ppm/V.

Ce coefficient est très important lorsque les condensateurs sont utilisés pour le traitement du signal, comme le filtrage par exemple. Une valeur élevée de ce coefficient peut introduire une distorsion du signal.

 

  • Coefficent de température:

La température apporte une dérive sur l'ensemble des caractéristiques d'un condensateur. Cette dérive maximale est généralement comprise entre 10 et 100 ppm/°C voire plus selon le type de composant.

 

Technologies:

Le tableau ci-après donne les principaux types de condensateurs:

 

 

Type de condensateur Description
 Céramique type1 (COG/NPO)

Utilisé pour le fitrage, l'audio, les circuits résonnants, des applications où

la précision et la stabilité des caractéristiques de capacités sont requis

Etendue des valeurs de la capacité: 0.1pF à 0.47μF

Faible coefficient de température: ±30 ppm/°C

Faible coefficient de tension

Bonnes tolérances: ±1% à ±10%

Limite en température: -55°C à 125°C

Plage de tension pouvant être limitée pour des capacitées plus grandes

 Céramique type2 (X7R)

Utilisé pour le découplage et des applications où l'exactitude et la faible

distorsion ne sont pas critiques

Etendue des valeurs de la capacité: 10pF à 47μF

Coefficient de température: ±15 ppm/°C sur la plage des températures

Coeffcient de tension substantiel

Tolérances: ±5% à ±20%

Limite en température: -55°C à 125°C

Plage de tension pouvant être limitée pour des capacitées plus grandes

 Céramique type2 (Y5V)

Utilisé pour le découplage et des applications où l'exactitude et la faible

distorsion ne sont pas critiques

Tolérance: ±20% ou -20% à +80%

Coefficient de température: -20% à 80% sur la plgae des températures

Limite de tempérture: -30°C à +85°C

D'autres caractéristiques sont semblables au X7R

 Electrolytiques à l'aluminium

Polarisé, utilisé pour le découplage et des applications où de fortes

valeurs de capacités sont requises

Etendue des valeurs de la capacité: 1μF à 68000μF

Coefficient de température: ±30 ppm/°C

Coefficient de tension substanciel: ±20%

Limite de température: -55°C à 125°C (150°C ou plus)

Résistance série Rs la plus élevée

 Film de polypropylene

Etendue des valeurs de la capacité: 100pF à 10μF

Faible coefficient de tension (faible distorsion)

Coefficient de température: 2% à travers la plage de température

Limite en température: -55°C à 100°C

Cout élevé

 Electrolytique au tantale

Etendue des valeurs de la capacité: 1μF à 150μF

Autres caractéristiques: identiques au condensateur Electrolytique à

l'aluminium

 

Tableau des valeurs normalisées des capacités des condensateurs

Valeurs standard
1 1.1 1.2 1.3 1.5 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.7 3
3.3 3.6 3.9 4.3 4.7 5.1 5.6 6.2 6.8 7.5 8.2 9.1

 

Exemple: sur un condensateur est marqué: 473K que signifie le marquage?

473 ↔  47 000pF;  et K représente une tolérance de ±10%.

 

Code de marquage de tolérance des condensateurs:

Lettre du code B C D F G J K M Z
Tolérance ±0.1pF ±0.25pF ±0.5pF ±1% ±2% ±5% ±10% ±20% -20%, +80%

 

 Code de marquage de tolérance des condensteurs de type2:

Premier caractère lettre

Limite de température basse

Deuxième caractère chiffre

Limite de température haute

Troisième caractère lettre

Variaition maxi de la capacité dans la gamme de températures
Z +10°C 2 +45°C A ±1.0%
Y -30°C 4 +65°C B ±1.5%
X -55°C 5 +85°C C ±2.2%
    6 +105°C D ±3.3%
    7 +125°C E ±4.7%
        F ±7.5%
        P ±10.0%
        R ±15.0%
        S ±22.0%
        T ±22% à 33%
        U ±22% à 56%
        V ±22% à 82%

 

Condensateurs ajustables:

Ce sont des condensateurs miniatures ajustables montés sur circuit imprimé. Il en existe en deux catégories:

Les condensateurs ajustables à diéléectrique à air, et les condensateurs ajustables à diélectrique plastique.