Condensateurs – Présentation

Qu’est-ce qu’un condensateur ?

Un condensateur est un composant électrique capable de stocker une charge électrostatique. Ils font partie des composants électriques les plus couramment utilisés, même s'ils ne se sont généralisés qu'après l'avènement de la radio au début des années 1900.

Les condensateurs sont disponibles dans une immense variété de formes et de tailles. Comme pour les résistances, un code couleur permet de les différencier, et des symboles alphanumériques informent leurs utilisateurs.

 

Histoire des condensateurs

Peu répandu avant le début du vingtième siècle, le condensateur a été inventéen 1745. Pour les pionniers de l'électricité, les principes de la capacité électrique restaient encore largement un mystère.

On attribue à Ewald Georg von Kleist l'invention du condensateur. Il a enroulé une feuille d'argent autour d'une bouteille en verre et a chargé la feuille à l'aide d'un générateur à friction.  Kleist a alors constaté que le choc électrique était beaucoup plus fort en  touchant le condensateur qu'en touchant le générateur.

Un autre inventeur, Pieter van Musschenbroek, a développé un condensateur très semblable au montage de Von Kleist. Sa réussite lui fut confirmée par un puissant choc électrique. Elle est aujourd'hui connue  sous le nom de bouteille de Leyde, où vivait van Musschenbroek.

Toujours pendant la deuxième moitié du dix-huitième siècle, Daniel Gralath a poursuivi ce travail de recherche en combinant plusieurs bouteilles pour augmenter la charge stockée.

Benjamin Franklin a étudié les bouteilles de Leyde et a compris que la charge n'était pas stockée dans l'eau, comme on l'avait cru jusqu'alors. Il a émis l'hypothèse que la charge s'accumulait dans le verre. Franklin a choisi le mot batterie pour désigner ces appareils. Mais avec l'évolution du vocabulaire, ce terme désigne maintenant une solution de stockage basée sur des cellules électrochimiques. Franklin s'est en fait inspiré d'une batterie de canons, où plusieurs canons utilisés simultanément augmentent leur puissance totale.

Il faut attendre le début des années 1900 pour que la conception et la technologie des condensateurs commencent à progresser. Avec l'avènement de la radio, la taille des composants a diminué. Ils sont alors fabriqués avec des composants plus souples, mieux adaptés aux exigences des radios. Les condensateurs servent encore aujourd'hui à syntoniser les radios.

Outre le terme condensateur, on rencontre aussi le terme capaciteur, mais son usage n'est pas généralisé.

 

Comment fonctionne un condensateur ?

Un condensateur stocke une charge électrostatique. Le fonctionnement du condensateur est basé sur certains principes électriques qui, appliqués correctement, permettent de répondre à une multitude d'applications.

Un condensateur simple contient deux matériaux conducteurs. Ces matériaux conducteurs sont séparés par un isolant. Dans un grand nombre de condensateurs, le conducteur est une feuille métallique et un film de matériau isolant très fin assure l'isolation.

Un condensateur fonctionne lorsque la différence de potentiel entre les deux matériaux conducteurs est suffisamment élevée. Cette différence crée un champ électrostatique dans le matériau isolant. Une charge électrique positive s'accumule sur un des matériaux conducteurs et une charge électrique négative s'accumule sur l'autre.

La capacité d'un condensateur est calculée en déterminant la différence proportionnelle entre les charges des deux conducteurs, appelés électrodes et la différence de potentiel entre ces deux charges.

L'unité de mesure de la capacité est le farad. Un farad est équivalent à un coulomb par volt.

 

Quelles sont les applications qui utilisent des condensateurs ?

Les condensateurs sont des composants très répandus. Ils sont présents dans une immense variété d'applications.

Comme nous l'avons dit, les condensateurs servent à syntoniser les radios. Ils permettent de régler la radio sur une fréquence très précise. Les premières améliorations apportées aux condensateurs étaient spécifiquement conçues pour utiliser des fréquences radio de plus en plus hautes.

Les condensateurs servent aussi à stabiliser les circuits électriques. Ils sont utilisés dans les systèmes de lignes électriques. Ils garantissent la stabilité de la tension et la constance du flux sur les lignes, améliorant leur fiabilité et leur sécurité.

Les condensateurs laissent passer le courant alternatif mais bloquent le courant continu. Ils sont donc très utiles dans un grand nombre d'applications, en particulier pour régulariser le courant dans les dispositifs analogiques.

 

Quels sont les différents types de condensateurs ?

Les types de condensateurs sont particulièrement nombreux. Ils sont le plus souvent différenciés par le type d'isolant polarisable (ou diélectrique) qu'ils contiennent. Par exemple, des condensateurs céramiques et des condensateurs aluminium sont clairement différents.

Certains types de condensateurs offrent des propriétés spécifiques, tel qu'un facteur de perte très faible, qui les rendent indispensables pour des applications spécifiques. Dans certains cas, plusieurs types peuvent convenir à une même application, mais leur coût déterminera le choix final. Certains matériaux utilisés dans la fabrication des condensateurs peuvent être assez « exotiques » et justifier un prix très élevé.

Certains condensateurs sont variables ou ajustables. Les condensateurs variables intègrent un système de contrôle, habituellement un cadran facile à manipuler, pour faire varier la capacité. Vous en utilisez un chaque fois que vous changez de station sur une radio. Ces condensateurs servent à changer les fréquences.

De nouveaux types de condensateurs combinent les caractéristiques des batteries et les propriétés des condensateurs en un seul composant. Ils sont extrêmement demandés pour résoudre certains problèmes de conception et d'ingénierie, puisqu'ils allient les meilleurs avantages de deux solutions bien distinctes.

 

Condensateurs aluminium

Les condensateurs aluminium sont très utilisés dans les applications où le faible encombrement des composants est un critère important. Sur ce type de condensateur, le facteur de perte a tendance à être élevé et n'est pas adapté aux hautes fréquences. Ils peuvent générer des salves s'ils sont montés à l'envers et ils contiennent des matériaux corrosifs.

 

Condensateurs réseau

Les condensateurs réseau (ou réseaux de condensateurs) offrent principalement l'avantage d'un encombrement très réduit. Dans certaines applications, leur compacité joue donc un rôle essentiel, comparée à d'autres condensateurs.

 

Capsules d'extrémité pour condensateur

Les capsules d'extrémité pour condensateur sont des dispositifs de sécurité. Fixés sur l'extrémité des condensateurs et en particulier les plus petits, ils évitent les désastres pouvant résulter d'un montage incorrect du condensateur. Dans ce cas, l'électrolyte peut bouillir et créer une pression énorme. La capsule cède alors sous cette pression qu'elle laisse échapper sans explosion.

 

Brides de montage

Les brides de montage servent à fixer le condensateur sur le circuit imprimé ou sur un autre composant. Ils garantissent leur stabilité et la sécurité.

 

Kits de condensateurs

La construction d'un projet nécessite divers types de condensateurs. En outre, leur conception change et d'autres composants doivent être utilisés. Par conséquent, des kits de condensateurs sont disponibles pour offrir un choix immédiat. Les kits de condensateurs réunissent donc un grand choix de types de condensateurs.

 

Condensateurs céramique multicouches

Les condensateurs céramique multicouches sont très courants. Ils sont disponibles dans une multitude de tailles et de types. Ils incluent une couche métallique qui sert de surface conductrice et plusieurs couches en céramique comme isolant. Il existe deux types de condensateurs céramique.

Classe 1 : Ces condensateurs se caractérisent par une grande stabilité et un facteur de perte faible. Ils sont utilisés dans les circuits résonnants, tels que les radios.

Classe 2 : Ces condensateurs sont utilisés dans les applications de contournement et de couplage et offrent une efficacité volumétrique élevée.

 

Condensateurs céramique simple couche

Les condensateurs céramique simple couche sont similaires aux condensateurs céramique multicouche mais le matériau isolant n'a qu'une seule couche.

 

Kits condensateurs EDLC (Condensateur électrique double couche)

Ce modèle fait partie des nouveaux types de condensateurs électrochimiques. Ils sont également désignés par les termes « ultracondensateur » et « supercondensateur ». Les Kits condensateurs EDLC (Condensateur électrique double couche) permettent d'intégrer ces composants dans les circuits, où ils apportent des avantages spécifiques.

 

Condensateurs électriques à double couche

Les condensateurs électriques à double couche se différencient des autres condensateurs par l'absence de diélectrique solide. Les avantages importants de ce nouveau type de condensateur lui ouvrent une multitude d'applications. Par bien des aspects, ces condensateurs allient les qualités des batteries et des condensateurs en un seul composant.

 

Écrous pour condensateurs

Les écrous pour condensateurs font partie des pièces de fixation nécessaires à leur stabilité. Ils se montent sur le goujon du condensateur et servent de fixation mécanique.

 

Condensateurs mica

Les condensateurs mica sont bien adaptés aux applications qui exigent de très hauts niveaux de précision. Ils sont aussi fréquemment utilisés dans des applications nécessitant des hautes fréquences. Ils se caractérisent par un facteur de perte très bas et une grande stabilité.

 

Condensateurs organiques multicouches

Les condensateurs organiques multicouches offrent un facteur de perte faible et sont souvent utilisés dans les amplificateurs de puissance radio.

 

Condensateurs oxyde de niobium

Les condensateurs oxyde de niobium  ont des propriétés similaires aux condensateurs tantale mais avec un prix inférieur. Ils sont de plus en plus courant, bénéficiant d'une baisse du prix de leurs matériaux au cours des dernières années.

 

Condensateur papier

Les condensateurs papier  existent depuis très longtemps, et les progrès réalisés dans leurs techniques de fabrication leur permettent d'offrir des qualités supérieures aux anciens modèles. Ils se différencient par un isolant en papier métallisé pour transporter le courant entre les deux électrodes.

 

Condensateurs polyéthylène naphtalate (PEN)

Dans les condensateurs polyéthylène naphtalate (PEN) le diélectrique est fabriqué dans un film de polyéthylène naphtalate. Cette technique offre une extrême compacité.

 

Condensateurs polyester

Dans ce type de condensateur, l'isolant est fabriqué dans un film en polyester. Les condensateurs polyester peuvent atteindre des dimensions extrêmement réduites.

 

Condensateurs polyphénylène sulfide (PSS)

Les condensateurs polyphénylène sulfide (PSS)  utilisent un matériau isolant fabriqué dans du polymère Torelina. Ces condensateurs existent uniquement en version métallisée.

 

Condensateurs polypropylène

Dans les condensateurs polypropylène le matériau isolant est un film de polypropylène.

 

Condensateurs polystyrène

Ce type de condensateur est souvent appelé Styroflex. Utilisés dans différentes applications, ils offrent un facteur de perte faible et une dissipation faible. Les condensateurs polystyrène n'ont pas une grande disponibilité sur le marché actuel, mais certains fabricants en offrent encore.

 

Condensateurs réseau RC

Ce type de condensateur est utilisé sur les circuits résistance-condensateur. Les condensateurs réseau RC se caractérisent par une source de tension/ courant. Les modèles les plus simples combinent un condensateur et une résistance. Ils sont souvent utilisés comme circuits de filtrage, parce qu'ils peuvent supprimer certaines fréquences sans influencer d'autres fréquences présentes dans un signal.

 

Condensateurs tantale

Dans ce type de condensateur électrolytique, l'anode est en tantale. L'isolant est en oxyde et ces deux couches sont enveloppées dans une couche cathode conductive. Les condensateurs tantale  offrent une capacité particulièrement élevée pour leur taille et leur poids. Outre un facteur de perte faible, ils peuvent fonctionner à des températures plus élevées que d'autres condensateurs électrolytiques. Étant très coûteux, ils sont normalement utilisés par des applications où leurs propriétés sont indispensables, alors qu'on cherchera à les éviter dans d'autres applications.

 

Condensateurs ajustables

Les condensateurs ajustables  peuvent faire varier leur capacité et cette propriété leur permet de jouer un rôle essentiel dans certaines applications. Une des applications les plus importantes est le réglage des fréquences dans les circuits des radios. Au fil des ans, ces condensateurs ont été considérablement améliorés. Délaissant leurs plaques ouvertes, ils offrent aujourd'hui des propriétés de stabilité et de sécurité recherchées.