Électronique de base - Condensateurs
Un condensateur est un composant passif qui a la capacité de stocker l'énergie sous forme de différence de potentiel entre ses plaques. Il résiste à un changement soudain de tension. La charge est stockée sous forme de différence de potentiel entre deux plaques, qui forment pour être positive et négative en fonction de la direction de stockage de la charge.
Une région non conductrice est présente entre ces deux plaques qui est appelée dielectric. Ce diélectrique peut être le vide, l'air, le mica, le papier, la céramique, l'aluminium, etc. Le nom du condensateur est donné par le diélectrique utilisé.
Symbole et unités
Les unités standard pour la capacité sont les Farads. Généralement, les valeurs des condensateurs disponibles seront de l'ordre des micro-farads, des pico-farads et des nano-farads. Le symbole d'un condensateur est illustré ci-dessous.
La capacité d'un condensateur est proportionnelle à la distance entre les plaques et est inversement proportionnelle à la surface des plaques. De plus, plus la permittivité d'un matériau est élevée, plus la capacité sera élevée. lepermittivityd'un milieu décrit la quantité de flux électrique généré par unité de charge dans ce milieu. L'image suivante montre quelques condensateurs pratiques.
Lorsque deux plaques ayant la même surface A et une largeur égale sont placées parallèlement l'une à l'autre avec une séparation de la distance d, et si une certaine énergie est appliquée aux plaques, alors la capacité de ce condensateur à plaques parallèles peut être appelée -
$$ C \: \: = \: \: \ frac {\ varepsilon_ {0} \: \: \ varepsilon_ {r} \: \: d} {A} $$
Où
C = Capacité d'un condensateur
$ \ varepsilon_ {0} $ = permittivité de l'espace libre
$ \ varepsilon_ {r} $ = permittivité du milieu diélectrique
d = distance entre les plaques
A = aire des deux plaques conductrices
Avec une certaine tension appliquée, la charge se dépose sur les deux plaques parallèles du condensateur. Ce dépôt de charge se produit lentement et lorsque la tension aux bornes du condensateur est égale à la tension appliquée, la charge s'arrête, car la tension entrant est égale à la tension sortante.
Le taux de charge dépend de la valeur de la capacité. Plus la valeur de la capacité est élevée, plus le taux de changement de tension dans les plaques est lent.
Fonctionnement d'un condensateur
Un condensateur peut être compris comme un composant passif à deux bornes qui stocke l'énergie électrique. Cette énergie électrique est stockée dans un champ électrostatique.
Au départ, les charges négatives et positives sur deux plaques du condensateur sont en équilibre. Il n'y a pas de tendance pour un condensateur à se charger ou se décharger. La charge négative est formée par l'accumulation d'électrons, tandis que la charge positive est formée par l'épuisement des électrons. Comme cela se produit sans aucune charge externe, cet état estelectrostaticétat. La figure ci-dessous montre le condensateur avec des charges statiques.
L'accumulation et l'épuisement des électrons en fonction des cycles positifs et négatifs variables de l'alimentation en courant alternatif peuvent être compris comme un «flux de courant». Ceci est appelé commeDisplacement Current. La direction de ce flux de courant continue de changer car il s'agit du courant alternatif.
Chargement d'un condensateur
Lorsqu'une tension externe est donnée, la charge électrique est convertie en charge électrostatique. Cela se produit pendant la charge du condensateur. Le potentiel positif de l'alimentation, attire les électrons de la plaque positive du condensateur, le rendant plus positif. Alors que le potentiel négatif de l'alimentation, force les électrons vers la plaque négative du condensateur, ce qui le rend plus négatif. La figure ci-dessous explique cela.
Au cours de ce processus de charge, les électrons se déplacent à travers l'alimentation CC mais pas à travers le dielectric qui est un insulator. Ce déplacement est important lorsque le condensateur commence à se charger mais diminue à mesure qu'il se charge. Le condensateur arrête de se charger lorsque la tension aux bornes du condensateur est égale à la tension d'alimentation.
Voyons ce qui arrive au diélectrique lorsque le condensateur commence à se charger.
Comportement diélectrique
Au fur et à mesure que les charges se déposent sur les plaques du condensateur, un champ électrostatique se forme. La force de ce champ électrostatique dépend de l'amplitude de la charge sur la plaque et de la permittivité du matériau diélectrique.Permittivity est la mesure du diélectrique dans quelle mesure il laisse passer les lignes électrostatiques.
Le diélectrique est en fait un isolant. Il a des électrons dans l'orbite la plus externe des atomes. Observons comment ils sont affectés. Lorsqu'il n'y a pas de charge sur les plaques, les électrons du diélectrique se déplacent en orbite circulaire. Ceci est comme indiqué dans la figure ci-dessous.
Lorsque le dépôt de charge a lieu, les électrons ont tendance à se déplacer vers la plaque chargée positive, mais continuent à tourner comme indiqué sur la figure.
Si la charge augmente encore, les orbites s'étendent davantage. Mais s'il augmente encore, le diélectriquebreaks downcourt-circuiter le condensateur. Maintenant, le condensateur étant complètement chargé, il est prêt à se décharger. Il suffit que nous leur fournissions un chemin pour passer de la plaque négative à la plaque positive. Les électrons circulent sans aucune alimentation externe car il y a trop d'électrons d'un côté et presque pas d'électrons de l'autre. Ce déséquilibre est ajusté par ledischarge du condensateur.
De plus, lorsqu'un chemin de décharge est trouvé, les atomes du matériau diélectrique ont tendance à retrouver leur valeur normale. circular orbitet force donc les électrons à se décharger. Ce type de décharge permet aux condensateurs de fournir des courants élevés en peu de temps, tout comme dans un flash d'appareil photo.
Code de couleurs
Pour connaître la valeur d'un condensateur, il est généralement étiqueté comme ci-dessous -
n35 = 0,35nF ou 3n5 = 3,5nF ou 35n = 35nF et ainsi de suite.
Parfois, les marquages seront comme 100K ce qui signifie, k = 1000pF. La valeur sera alors 100 × 1000pF = 100nF.
Bien que ces marquages numériques soient utilisés de nos jours, un schéma de codage couleur international a été développé il y a longtemps pour comprendre les valeurs des condensateurs. Les indications de codage couleur sont identiques à celles données ci-dessous.
| Couleur du bracelet | Chiffre A et B | Multiplicateur | Tolérance (t)> 10pf | Tolérance (t) <10pf | Coéfficent de température |
|---|---|---|---|---|---|
| Noir | 0 | × 1 | ± 20% | ± 2,0 pF | |
| marron | 1 | × 10 | ± 1% | ± 0,1 pF | -33 × 10 -6 |
| rouge | 2 | × 100 | ± 2% | ± 0,25 pF | -75 × 10 -6 |
| Orange | 3 | × 1 000 | ± 3% | -150 × 10 -6 | |
| Jaune | 4 | × 10 000 | ± 4% | -220 × 10 -6 | |
| vert | 5 | × 100 000 | ± 5% | ± 0,5 pF | -330 × 10 -6 |
| Bleu | 6 | × 1 000 000 | -470 × 10 -6 | ||
| Violet | sept | -750 × 10 -6 | |||
| gris | 8 | × 0,01 | + 80%, -20% | ||
| blanc | 9 | × 0,1 | ± 10% | ± 1,0 pF | |
| Or | × 0,1 | ± 5% | |||
| argent | × 0,01 | ± 10% |
Ces indications ont été utilisées pour identifier la valeur des condensateurs.
Dans ces cinq condensateurs de bande, les deux premières bandes représentent des chiffres, la troisième indique le multiplicateur, la quatrième pour la tolérance et la cinquième représente la tension. Prenons un exemple pour comprendre le processus de codage couleur.
Example 1 - Déterminez la valeur d'un condensateur avec un code couleur jaune, violet, orange, blanc et rouge.
Solution- La valeur du jaune est 4, le violet est 7, l'orange est 3 qui représente le multiplicateur. Le blanc est ± 10 qui est la valeur de tolérance. Le rouge représente la tension. Mais pour connaître la tension nominale, nous avons un autre tableau, à partir duquel la bande particulière à laquelle appartient ce condensateur doit être connue.
Par conséquent, la valeur du condensateur est 47nF, 10% 250v (tension pour la bande V)
Le tableau suivant montre comment la tension est déterminée en fonction des bandes auxquelles appartiennent les condensateurs.
| Couleur du bracelet | Tension nominale (V) | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| TYPE J | TYPE K | TYPE L | TYPE M | TYPE N | |
| Noir | 4 | 100 | dix | dix | |
| marron | 6 | 200 | 100 | 1,6 | |
| rouge | dix | 300 | 250 | 4 | 35 |
| Orange | 15 | 400 | 40 | ||
| Jaune | 20 | 500 | 400 | 6.3 | 6 |
| vert | 25 | 600 | 16 | 15 | |
| Bleu | 35 | 700 | 630 | 20 | |
| Violet | 50 | 800 | |||
| gris | 900 | 25 | 25 | ||
| blanc | 3 | 1000 | 2,5 | 3 | |
| Or | 2000 | ||||
| argent | |||||
A l'aide de ce tableau, la tension nominale pour chaque bande de condensateurs est connue en fonction de la couleur donnée. Le type de tension nominale indique également le type de condensateurs. Par exemple, ceux de TYPE J sont des condensateurs au tantale plongés, ceux de TYPE K sont des condensateurs de mica, ceux de TYPE L sont des condensateurs de polystyrène, ceux de TYPE M sont des condensateurs électrolytiques de bande 4 et ceux de TYPE N sont des condensateurs électrolytiques de bande 3. De nos jours, le codage couleur a été remplacé par une simple impression de la valeur des condensateurs comme mentionné précédemment.
Réactance capacitive
C'est un terme important. La réactance capacitive est l'opposition offerte par un condensateur au flux de courant alternatif, ou simplement au courant alternatif. Un condensateur résiste au changement de flux de courant et par conséquent, il montre une certaine opposition qui peut être appeléereactance, car la fréquence du courant d'entrée doit également être considérée avec la résistance qu'il offre.
Symbol: XC
Dans un circuit purement capacitif, le courant IC leads la tension appliquée de 90 °
Coefficient de température des condensateurs
Le changement maximal de Capacitanced'un condensateur, sur une plage de température spécifiée, peut être connu par le coefficient de température d'un condensateur. Il indique que lorsque la température dépasse un certain point, le changement de capacité d'un condensateur qui pourrait survenir est compris comme letemperature coefficient of capacitors.
Tous les condensateurs sont généralement fabriqués en considérant une température de référence de 25 ° C. Par conséquent, le coefficient de température des condensateurs est considéré pour les valeurs de températures supérieures et inférieures à cette valeur.