Cours de technologie lectronique
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HELHO Technologie des composants d’électronique Mr Chot COURS DE TECHNOLOGIE ÉLECTRONIQUE. 3. Condensateurs 3.1. Principe et propriétés Un condensateur est formé de deux armatures métalliques séparées par un isolant, le diélectrique. Soumis à une tension U, un condensateur possède la propriété de se charger et de conserver une charge électrique Q, proportionnelle à U. Cette énergie est restituée lors de la décharge du condensateur. Ces phénomènes de charge et de décharge ne sont pas instantanés. Ce sont des phénomènes transitoires, liés à une durée. La capacité du condensateur, qui s'exprime en farads [F], est égale au quotient de U (tension à ses bornes) par Q (quantité d'électricité). Un farad correspond au stockage d'une charge électrique de 1 coulomb sous une d.d.p. de 1 volt. Dans la pratique, on n'utilise que des sous-multiples du farad: millifarad (mF), microfarad (µF), nanofarad (nF). Au point de vue énergétique : un condo parfait emmagasine l’énergie quand il se charge et la restitue lorsqu’il se décharge => pas de pertes d’énergie électrique. 2C.UEnergie accumulée lors de la charge : w = 2Attention, certains condos sont polarisés du fait de leur technologie. 3.1.1 Association de condensateurs 1 1 1En série, la capacité équivalente est telle que : = + C C C1 2En parallèle, la capacité équivalente vaut : C =C +C 1 2 On peut associer des condos polarisés en série (en opposant leurs bornes +) pour obtenir un ...

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HELHO Technologie des composants d’électronique Mr Chot

COURS DE TECHNOLOGIE ÉLECTRONIQUE.


3. Condensateurs

3.1. Principe et propriétés

Un condensateur est formé de deux armatures métalliques séparées par un isolant, le
diélectrique.

Soumis à une tension U, un condensateur possède la propriété de se charger et de conserver
une charge électrique Q, proportionnelle à U. Cette énergie est restituée lors de la décharge du
condensateur. Ces phénomènes de charge et de décharge ne sont pas instantanés. Ce sont des
phénomènes transitoires, liés à une durée.

La capacité du condensateur, qui s'exprime en farads [F], est égale au quotient de U (tension à
ses bornes) par Q (quantité d'électricité).

Un farad correspond au stockage d'une charge électrique de 1 coulomb sous une d.d.p. de 1
volt. Dans la pratique, on n'utilise que des sous-multiples du farad: millifarad (mF),
microfarad (µF), nanofarad (nF).

Au point de vue énergétique : un condo parfait emmagasine l’énergie quand il se charge et la
restitue lorsqu’il se décharge => pas de pertes d’énergie électrique.
2C.U
Energie accumulée lors de la charge : w =
2
Attention, certains condos sont polarisés du fait de leur technologie.
3.1.1 Association de condensateurs
1 1 1
En série, la capacité équivalente est telle que : = +
C C C1 2
En parallèle, la capacité équivalente vaut : C =C +C 1 2

On peut associer des condos polarisés en série (en opposant leurs bornes +) pour obtenir un
condo non polarisé de grande capacité, ce qui n’existe pas comme tel.

: association équivalente à un condensateur non polarisé de 5µF



Les condos de fortes capacités ont de mauvaises
propriétés aux hautes fréquences. On se sert donc
d’un petit condo mis en parallèle qui prend le relais
aux fréquences élevées.

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3.1.2 Courbes de charge et de décharge

• Charge :







−t ⎛ ⎞
τ ⎜ ⎟U =E 1 −e
⎜ ⎟⎝ ⎠

Si ce circuit est fermé à t = 0, l’évolution de la tension aux bornes du condo se fait selon une
exponentielle.
Pour chiffrer la durée de la charge, on définit la constante de temps du circuit : τ =R.C
Le condensateur est considéré comme chargé après 5. τ

• Décharge :







−t
τU =E.e



En court-circuitant le générateur, le condo se décharge dans la résistance. L’évolution de la
tension est également exponentielle. Le condo est considéré déchargé après 5. τ

Régime permanent :

en DC :
C déchargé = fil U = 0 C
C chargé = cout-circuit U = E C
en AC et BF:
Condo fil U = 0 C




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3.1.3 Comportement en alternatif

Comme le courant alternatif change de sens périodiquement, les condos se chargent et se
déchargent sans arrêt. Ce mouvement donne l’impression qu’un courant alternatif traverse le
condo alors qu’aucune charge ne traverse le diélectrique (sauf en cas de claquage).

A fréquence donnée :
• La tension et le courant sont déphasés de 90°, la tension étant en retard sur le courant.
• La valeur efficace de la tension aux bornes du condo est :
U = Z.I eff eff
Z est l’impédance réelle du condo parfait. Elle dépend de la fréquence :
1 1
Z = = ω.C 2. π.f .C

3.2. Caractéristiques technologiques

3.2.1 Valeurs et précision

Comme pour les résistances, il existe des séries normalisées. Toutefois, du fait des
technologies différentes employées, on ne dispose pas d’éléments de précision identique dans
toute la gamme des valeurs possibles.
Pour les capacités courantes (1nF à 1µF), précision de 10% ou 5% (série E12), mais pour les
valeurs plus faibles ou plus élevées, précision de ±20% ou même de -20%/+50% pour les
fortes valeurs.

3.2.2 Tension maximale

Si on applique une trop forte tension aux bornes du condo, le diélectrique se perce, et le condo
est claqué. Une tension maximale est donc indiquée sur le composant. Elle peut aller de
quelques volts à plusieurs milliers selon la technologie employée.

3.2.3 Marquage

• Marquage en « clair » :

Exemples :
condo polycarbonate marqué 47n250
47nF / 250V

condo tantale marqué 10/25
10µF / 25V



• Code des couleurs (condos au
plastiques) : même ordre des
couleurs que les résistances
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3.3. Technologies

L’usage de telle ou telle technologie dépend de la gamme des capacités et des performances
attendues (domaine de fréquence).

Dans le tableau ci-dessous, savoir replacer les noms des différentes technologies :

3.3.1. Condos au papier

Armatures : feuilles d’aluminium.
Diélectrique : feuilles de papier (épaisseur : 10 à 15 µm).
L’ensemble est enroulé et enfermé dans un boîtier.
Applications : antiparasitage, correction du facteur de
puissance, démarrage des moteurs,… En disparition.

3.3.2. Condos à film plastique

Armatures : feuilles d’aluminium.
Diélectrique : feuilles de plastique (2 à 20 µm) en polystyrène, polyester (en mylar, les plus
rencontrés), polycarbonate, polypropylène.
Marquage normalisé : p33 0,33 pF
3n3 3,3 nF
Lettres code des tolérances :
séries de précision : D ±0,5 ; F ±1 ; G ±2 (en pF si C<10pF, en % si C>10pF)
séries courantes : J ±5% ; K ±10%
Phrase mnémotechnique par Piet : « Ji 5 caddies »

Ces condos ont de bonnes performances, des pertes réduites, une tension maximale, en
général, de plusieurs centaines de volts. Ils ne sont pas chers, et donc, sont les plus utilisés.

En principe on métallise tous les films plastiques, sauf le polystyrène (point de
ramollissement trop bas, 85°C), avec de l’aluminium ou du zinc, avec une épaisseur de l’ordre
du 1/100è de µm.
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Shoopage = soudage du fil d’électrode avec la métallisation du film plastique. (cfr bas p.48)

3.3.3. Condos céramiques

Utilisation en hautes fréquences. La précision est en générale médiocre (20%). Utilisés dans
des applications ou la valeur exacte de la capacité n’a pas d’importance.

3.3.3.1. Condos miniatures en céramique

Utilisés dans les circuits parcourus par des courants de hautes fréquences (radioélectricité),
comme condo de (dé)couplage. La capacité est généralement indiquée sur le composant.

3.3.3.2. Condos céramiques CMS ultraminiatures

CMS = CMOS mounted surface
Composants soudés en surface, ce qui permet de les placer du côtés des pistes et de gagner
une face sur la plaquette.
Ces condos ont une taille de ±3mm.

3.3.3.3. Condos céramiques monolithiques multicouches

On répand sur une plaque parfaitement plane une suspension
de fines particules de céramique dans une solution liquide
éliminée ultérieurement par séchage. Ensuite, on métallise ces
plaques avec du palladium (faible affinité chimique avec la
céramique) et on les empile. Enfin, on métallise les tranches
opposées avec de l’argent afin de relier en parallèle les
électrodes correspondantes.

3.3.4. Condos fixes chimiques

Condos de très grande capacité utilisant certaines propriétés
chimiques de l’aluminium, du tantale, du carbone.
Certains condos récents non polarisés peuvent présenter une
capacité de 1F pour un volume d’une vingtaine de cm³. Les
armatures sont constituées de particules de carbone activé – permettant d’obtenir une surface
de 1000 m² par gramme de carbone – humectées d’acide sulfurique et séparées par une paroi
perméable aux ions. Utilisés comme condos de sauvegarde.

3.3.4.1. Condos électrolytiques à l’aluminium

Fortes capacités, basses fréquences, polarisés, encombrants, tolérances médiocres.
Cylindre sur lequel sont indiquées capacité, tension max, tolérance.
Soit une encoche indique la borne +, soit une ligne indique la borne -.
Si plusieurs fils de raccordement => plusieurs condos à l’intérieur du boîtier – schéma de
branchement généralement sur le boîtier.





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• Electrolyte liquide

Electrodes : feuilles d’aluminium
Diélectrique : fine couche d’alumine qui recouvre l’électrode
Electrolyte : gel d’ammonium


• Electrolyte solide

Electrodes : feuilles d’aluminium finement gravée
Diélectrique : oxyde d’aluminium Al O2 3
Séparateur : tissu de verre imprégné de nitrate de manganèse
On enroule le tout, on passe au four (et après Maïté qu’est-ce qu’on fait ?). Le nitrate de
manganèse se transforme en dioxyde de manganèse, l’électrolyte (semi-conducteur solide).
Le boîtier en aluminium est obturé par une résine époxy et recouvert d’une gaine plastique.






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3.3.4.2. Condos au tantale

Capacités élevées, polarisés, tensions de service faibles, moins encombrants, plus fiables, plus
chers que les condos à l’aluminium.

Code des couleurs :
2 modèles qui diffèrent par la disposition sur le composant et les valeurs de tension maximale.
C’est toujours le même ordre des couleurs.

• Premier modèle

Capacité en µF




• Second modèle

Capacité exprimée en µF





Marquage en clair :

Exemples :

22 22µF
22µK 22µF ± 10 % (K : 10% de tolérance)




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3.3.5. Condos variables

3.3.5.1. Condos ajustables à lames d’air

Formés d’une armature fixe (stator) et d’une armature mobile montée sur un axe (rotor). En
faisant tourner l’armature, on fait varier la surface des plaques en regard, ce qui se traduit par
une modification de la capacité. Le diélectrique est l’air entre les plaques. Les capacités sont
donc faibles.
Anciennement utilisés que pour l’accord des circuits oscillants des récepteurs radio, ils sont
en disparition au profit des varicap (diodes à capacité variable).

3.3.5.2. Condos ajustables circulaires à diélectrique plastique

Faibles capacités de l’ordre du pF. Le réglage se fait à l’aide d’une vis.
Rotor en laiton, stator en laiton argenté. Le diélectrique est formé par des feuilles de téflon.

3.3.5.3. Condos ajustables en disques de céramique

Rotor et stator sont des disques de céramique à demi métallisé. Quand les deux surfaces
métallisées sont en regard, séparées par la céramique, la capacité est maximale, et
inversement.

3.3.5.4. Condos ajustables miniatures

Prévus pour un montage sur circuits imprimés. Usage général. Capacité de 1 à 7 pF. Tension
maximale de 240 V pour un diamètre de 7,5mm et 250 V pour 10mm.

3.4. Domaines d’utilisation

3.4.1. Filtrage de tension



Le pont de Graëtz redresse le signal alternatif obtenu au secondaire du transformateur.
Ci-dessous : tension obtenue à la sortie du redresseur…

…sans condo …avec condo et sans charge …avec condo et charge

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Dès la première alternance, le condo se charge puis, dès que la tension à ses bornes est
supérieure à la tension de sortie du redresseur, il se décharge dans la charge. Ce cycle
recommence à chaque alternance.
Plus le condo aura une capacité élevée, plus l’ondulation résiduelle sera petite.

3.4.1.1. Taux d’ondulation


Après filtrage, la tension aux bornes de la charge peut
être considérée comme la somme d’une tension
continue égale à sa valeur moyenne et d’une tension
alternative correspondant à l’ondulation autour de
cette valeur moyenne.

) (
U −Uτ = ) ( exprimé en %, permet de juger de la qualité de filtrage. U +U

3.4.1.2. Détermination de la capacité de filtrage

TUYAU : savoir refaire la démonstration p 65

Cette démonstration a comme solution :

(TI ( +t ) ⎛ ⎞1 U14 ⎜ ⎟t = arcsin )C = ) ( 1 ⎜ ⎟ avec ω UU −U ⎝ ⎠

Tuyaux : Exercices + montage expérimental et premier oscillogramme de la visu de
charge et décharge du condo.
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