Denis Rabasté 1/1 IUFM Aix Marseille
Technologie des condensateurs
1 Introduction
Un condensateur est composé en théorie de deux armatures conductrices séparées par un isolant.
e
arm ature isolant
Condensateur plan de base
La valeur C de la capacité du condensateur plan est alors donnée par l'expression :
C S
r e
= ε ε0 S : surface des armatures en m²
e : épaisseur de l'isolant (ou diélectrique) en m C : capacité en Farads (F)
ε0 : permittivité du vide 8,85 10-12 F/m
εr : permittivité relative du matériau utilisé (εr=1 pour l'air)
Les valeurs des capacités classiquement utilisées en électronique vont de quelques pF à quelques mF. Pour construire un condensateur plan à air (εr=1) d'épaisseur 0,1 mm et de valeur 1 µF, il faudrait des armatures de surface de 11,2 m² soit 3,3 m sur 3,3 m!
Pour diminuer la surface, on peut jouer sur εr en choisissant des diélectriques ayant une permittivité élevée (exemple pour le mica εr = 7) et sur la géométrie du condensateur.
arm ature isolant isolant
arm ature
Alternatives au condensateur plan
L'utilisation d'un diélectrique autre que le vide produira un condensateur imparfait dont les défauts vont dépendre du choix du diélectrique. Les principaux éléments entrant en compte sont :
- le volume du condensateur (qui dépendra, pour une technologie donnée, de sa valeur et de sa tenue en tension)
- la tolérance sur la capacité nominale - la tension maximale admissible
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- la stabilité en température, en tension, en fréquence - l'aptitude à conserver une charge
- le comportement en fréquence
- les conditions d'emploi (température, pression,...)
2 Classement en fonction du diélectrique
2.1 Condensateur plastique, céramique…
Le diélectrique est réalisé à partir de plastique, céramique, parfois mica ou papier : - leur valeur va classiquement de quelques picofarads à 4,7 microfarad ; - ils ont un bon comportement fréquentiel ;
- ils ne sont pas polarisés et peuvent indifféremment être connectés dans un sens ou dans l’autre.
2.2 Condensateurs polarisés
Afin de diminuer le volume d'un condensateur pour une valeur nominale de capacité et de tension donnée, on utilise des diélectriques reposant sur des propriétés chimiques. On obtient alors :
- une capacité volumique plus grande, les valeurs pouvant atteindre le millifarad ; - un condensateur polarisé, qui ne supporte donc pas de tensions négatives ;
- une qualité médiocre (utilisation limitée en fréquence, pertes importantes, mauvaise stabilité, tolérances importante sur la valeur nominale, durée de vie limitée etc.).
Ils sont symbolisés de la manière suivante :
+
On trouvera les condensateurs à diélectrique aluminium à électrolyte liquide, utilisé en basses fréquences pour le découplage et le filtrage.
Valeurs usuelles : de 1 µF à 15000 µF à ±20% sous 25 à 450 V
On trouvera également les condensateurs à diélectrique au tantale. Ce diélectrique permet d'augmenter encore la capacité volumique, pour un condensateur de meilleure qualité. Son
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utilisation reste cependant limitée par une faible tenue en tension (60 Vmax), et un prix plus important.
Valeurs usuelles : de 0,1 µF à 47 µF à ±10% sous 6,3 à 40 V
2.3 Condensateur ajustable
Le diélectrique est de l’air, leur valeur généralement limitée à quelques centaines de picofarad. La prinicipale utilisation est l’ajustement des émetteur et récepteur radiofréquence.
