Les caractéristiques des condensateurs définissent leur température, leur tension nominale et leur plage de capacité, ainsi que leur utilisation dans une application particulière.
Il existe une multitude de caractéristiques et de spécifications des condensateurs, et lire les informations imprimées sur le corps d’un condensateur peut parfois être difficile à comprendre, surtout lorsque des couleurs ou des codes numériques sont utilisés.
Chaque famille ou type de condensateur utilise son propre ensemble unique de caractéristiques et de système d’identification, certains systèmes étant faciles à comprendre, tandis que d’autres utilisent des lettres, des couleurs ou des symboles trompeurs.
La meilleure façon de déterminer ce que signifie l’étiquette des caractéristiques d’un condensateur est tout d’abord d’identifier à quelle famille le condensateur appartient, qu’il soit céramique, film, plastique ou électrolytique, et à partir de cela, il peut être plus facile d’identifier les caractéristiques spécifiques du condensateur.
Bien que deux condensateurs puissent avoir exactement la même valeur de capacité, ils peuvent avoir des tensions nominales différentes. Si un condensateur à tension inférieure est substitué à un condensateur à tension plus élevée, la tension accrue peut endommager le condensateur de plus petite valeur.
De plus, comme nous l’avons vu dans le dernier tutoriel, avec un condensateur électrolytique polarisé, la connexion positive doit aller au pôle positif et la connexion négative au pôle négatif, sinon il risque également d’être endommagé. Il est donc toujours préférable de remplacer un ancien condensateur ou un condensateur endommagé par le même type que celui spécifié. Un exemple de marquages de condensateur est donné ci-dessous.
Caractéristiques des Condensateurs
Le condensateur, comme tout autre composant électronique, est défini par une série de caractéristiques. Ces Caractéristiques des Condensateurs peuvent toujours être trouvées dans les fiches techniques fournies par le fabricant de condensateurs, donc voici juste quelques-unes des plus importantes.
Caractéristiques des Condensateurs – Capacité nominale, (C)
La valeur nominale de la Capacité, C d’un condensateur est la plus importante de toutes les caractéristiques des condensateurs. Cette valeur mesurée en pico-Farads (pF), nano-Farads (nF) ou micro-Farads (μF) est marquée sur le corps du condensateur sous forme de nombres, de lettres ou de bandes colorées.
La capacité d’un condensateur peut changer en fonction de la fréquence du circuit (Hz) et de la température ambiante. Les petits condensateurs céramiques peuvent avoir une valeur nominale aussi basse qu’un pico-Farad (1pF), tandis que les électrolytiques plus grands peuvent avoir une valeur de capacité nominale allant jusqu’à un Farad (1F).
Tous les condensateurs ont un indice de tolérance qui peut varier de -20 % à +80 % pour les électrolytiques en aluminium affectant sa valeur réelle. Le choix de la capacité est déterminé par la configuration du circuit, mais la valeur lue sur le côté d’un condensateur peut ne pas être nécessairement sa valeur réelle.
Caractéristiques des Condensateurs – Tension de fonctionnement, (WV)
La Tension de fonctionnement est une autre caractéristique importante du condensateur qui définit la tension continue ou alternative maximum appliquée au condensateur sans défaillance pendant sa durée de vie. En général, la tension de fonctionnement imprimée sur le corps d’un condensateur fait référence à sa tension de fonctionnement en courant continu (WVDC).
Les valeurs de tension CC et CA ne sont généralement pas les mêmes pour un condensateur, car la valeur de tension CA fait référence à la valeur efficace et non à la valeur maximale ou de crête qui est 1,414 fois supérieure. De plus, la tension de fonctionnement spécifiée en CC est valable dans une certaine plage de température, généralement de -30 °C à +70 °C.
Toute tension CC dépassant sa tension de fonctionnement ou un courant d’ondulation CA excessif peut provoquer une défaillance. Il en résulte donc qu’un condensateur aura une durée de vie plus longue s’il fonctionne dans un environnement frais et dans ses valeurs nominales. Les tensions de fonctionnement communes en CC sont 10V, 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 100V, 160V, 250V, 400V et 1000V, et sont imprimées sur le corps du condensateur.
Caractéristiques des Condensateurs – Tolérance, (±%)
Tout comme les résistances, les condensateurs ont également une Tolérance exprimée en valeur positive ou négative, soit en picofarads (±pF) pour les condensateurs de faible valeur généralement inférieure à 100pF, soit en pourcentage (±%) pour les condensateurs de valeur plus élevée généralement supérieurs à 100pF.
La valeur de tolérance est le degré de variation autorisé de la capacité réelle par rapport à sa valeur nominale et peut aller de -20 % à +80 %. Ainsi, un condensateur de 100µF avec une tolérance de ±20 % pourrait varier légitimement de 80μF à 120μF tout en restant dans la tolérance.
Les condensateurs sont classés selon leur proximité à leurs valeurs réelles par rapport à la capacité nominale indiquée, avec des bandes colorées ou des lettres utilisées pour indiquer leur tolérance réelle. La variation de tolérance la plus courante pour les condensateurs est de 5 % ou 10 %, mais certains condensateurs plastiques sont classés aussi bas que ±1 %.
Caractéristiques des Condensateurs – Courant de fuite
Le diélectrique utilisé à l’intérieur du condensateur pour séparer les plaques conductrices n’est pas un isolant parfait, ce qui entraîne un courant très faible qui s’écoule ou “fuit” à travers le diélectrique en raison de l’influence des champs électriques puissants créés par la charge sur les plaques lorsque soumis à une tension d’alimentation constante.
Ce faible courant CC, de l’ordre des nano-amps (nA), est qualifié de Courant de fuite du condensateur. Le courant de fuite est le résultat des électrons qui se déplacent physiquement à travers le milieu diélectrique, autour de ses bords ou à travers ses connexions et qui, avec le temps, déchargeront complètement le condensateur si la tension d’alimentation est supprimée.
Lorsque la fuite est très faible, comme dans les condensateurs de type film ou feuille, elle est généralement qualifiée de “résistance d’isolation” (Rp) et peut être exprimée comme une résistance de valeur élevée en parallèle avec le condensateur comme indiqué. Lorsque le courant de fuite est élevé, comme dans les électrolytiques, il est qualifié de “courant de fuite”, car les électrons passent directement à travers l’électrolyte.
Le courant de fuite des condensateurs est un paramètre important dans les circuits de couplage d’amplificateurs ou dans les circuits d’alimentation, avec les meilleurs choix pour les applications de couplage et/ou de stockage étant les condensateurs en Teflon et les autres types de condensateurs plastiques (polypropylène, polystyrène, etc.), car plus la constante diélectrique est faible, plus la résistance d’isolation est élevée.
Les condensateurs de type électrolytique (tantalum et aluminium), quant à eux, peuvent avoir des capacités très élevées, mais ils ont également des courants de fuite très élevés (généralement de l’ordre de 5 à 20 μA par μF) en raison de leur mauvaise résistance d’isolation, et ne conviennent donc pas pour les applications de stockage ou de couplage. De plus, le flux de courant de fuite des électrolytiques en aluminium augmente avec la température.
Caractéristiques des Condensateurs – Température de fonctionnement, (T)
Les changements de température autour du condensateur affectent la valeur de la capacité à cause des variations des propriétés diélectriques. Si la température de l’air ou celle de l’environnement devient trop chaude ou trop froide, la valeur de capacité du condensateur peut changer au point d’affecter le bon fonctionnement du circuit. La plage de fonctionnement normale pour la plupart des condensateurs est de -30oC à +125oC, avec des tensions nominales données pour une Température de fonctionnement de pas plus de +70oC, en particulier pour les types de condensateurs plastiques.
Généralement, pour les condensateurs électrolytiques, et particulièrement les condensateurs électrolytiques en aluminium, à des températures élevées (plus de +85oC), les liquides à l’intérieur de l’électrolyte peuvent être perdus par évaporation, et le corps du condensateur (en particulier les petites tailles) peut se déformer en raison de la pression interne et fuir complètement. De plus, les condensateurs électrolytiques ne peuvent pas être utilisés à des températures basses, en dessous d’environ -10oC, car le gel de l’électrolyte se forme.
Coefficient de température, (TC)
Le Coefficient de température d’un condensateur est le changement maximum de sa capacité sur une plage de température spécifiée. Le coefficient de température d’un condensateur est généralement exprimé de manière linéaire en parties par million par degré centigrade (PPM/oC), ou comme un pourcentage de changement sur une certaine plage de températures. Certains condensateurs sont non linéaires (condensateurs de classe 2) et augmentent leur valeur à mesure que la température monte, leur donnant un coefficient de température exprimé comme un « P » positif.
Certains condensateurs diminuent leur valeur à mesure que la température augmente, leur donnant un coefficient de température exprimé comme un « N » négatif. Par exemple « P100 » est +100 ppm/oC ou « N200 », qui est -200 ppm/oC, etc. Cependant, certains condensateurs ne changent pas de valeur et restent constants sur une certaine plage de température, ces condensateurs ayant un coefficient de température nul ou « NPO ». Ces types de condensateurs, tels que la mica ou le polyester, sont généralement qualifiés de condensateurs de classe 1.
La plupart des condensateurs, notamment les électrolytiques, perdent leur capacité lorsqu’ils deviennent chauds, mais des condensateurs compensant la température sont disponibles dans la plage d’au moins P1000 à N5000 (+1000 ppm/oC à -5000 ppm/oC). Il est également possible de connecter un condensateur ayant un coefficient de température positif en série ou en parallèle avec un condensateur ayant un coefficient de température négatif, le résultat net étant que les deux effets opposés s’annuleront sur une certaine plage de températures. Une autre application utile des condensateurs à coefficient de température est de les utiliser pour annuler l’effet de la température sur d’autres composants au sein d’un circuit, tels que les inducteurs ou les résistances, etc.
Polarisation
La Polarisation des condensateurs fait généralement référence aux condensateurs de type électrolytique, mais principalement aux électrolytiques en aluminium, en ce qui concerne leur connexion électrique. La majorité des condensateurs électrolytiques sont de type polarisé, c’est-à-dire que la tension connectée aux bornes du condensateur doit avoir la bonne polarité, c’est-à-dire positive à positive et négative à négative.
Une polarisation incorrecte peut causer la dégradation de la couche d’oxyde à l’intérieur du condensateur, entraînant le passage de courants très élevés à travers le dispositif, ce qui pourrait le détruire comme nous l’avons mentionné précédemment.
La majorité des condensateurs électrolytiques ont leur terminal négatif, -ve, clairement marqué avec soit une bande noire, des flèches ou des chevrons sur un côté de leur corps, comme indiqué, pour éviter toute connexion incorrecte à l’alimentation CC.
Certains électrolytiques de plus grande taille ont leur boîtier métallique ou corps connecté au terminal négatif, mais les types à haute tension ont leur boîtier métallique isolé avec les électrodes amenées à des bornes à fourche ou à vis séparées pour des raisons de sécurité.
De plus, lors de l’utilisation d’électrolytiques en aluminium dans des circuits de lissage d’alimentation, il convient de veiller à ce que la somme de la tension CC maximale et de la tension d’ondulation CA ne devienne pas une “tension inverse”.
Résistance série équivalente, (ESR)
La Résistance série équivalente ou ESR d’un condensateur est l’impédance CA du condensateur lorsque celui-ci est utilisé à des fréquences élevées et comprend la résistance du matériau diélectrique, la résistance CC des fils de connexion, la résistance CC des connexions au diélectrique et la résistance des plaques du condensateur, tous mesurés à une fréquence et température particulières.
Modèle de l’ESR
À certains égards, l’ESR est l’opposé de la résistance d’isolation qui est présentée comme une pure résistance (pas de réactance capacitive ou inductive) en parallèle avec le condensateur. Un condensateur idéal n’aurait que de la capacité, mais l’ESR est présentée comme une résistance pure (moins de 0,1Ω) en série avec le condensateur (d’où le nom de Résistance série équivalente), et qui est dépendante de la fréquence, faisant d’elle une quantité “DYNAMIQUE”.
Comme l’ESR définit les pertes d’énergie de la résistance série “équivalente” d’un condensateur, elle doit donc déterminer les pertes de chaleur I2R globales du condensateur, en particulier lorsqu’il est utilisé dans des circuits d’alimentation et de commutation.
Les condensateurs avec une ESR relativement élevée ont moins d’aptitude à faire passer le courant de et vers leurs plaques au circuit externe en raison de leurs constantes de temps de charge et de décharge plus longues. L’ESR des condensateurs électrolytiques augmente avec le temps à mesure que leur électrolyte s’assèche. Des condensateurs avec des valeurs d’ESR très faibles sont disponibles et sont le mieux adaptés pour une utilisation en tant que filtre.
En guise de note finale, les condensateurs avec de petites capacités (moins de 0,01μF) ne présentent généralement pas un grand danger pour les humains. Cependant, lorsque leurs capacités commencent à dépasser 0,1μF, toucher les fils du condensateur peut être une expérience choquante.
Les condensateurs ont la capacité de stocker une charge électrique sous la forme d’une tension à travers eux, même lorsque aucun courant de circuit ne circule, leur conférant une sorte de mémoire, les gros condensateurs électrolytiques de type réservoir se trouvant dans les téléviseurs, les flashes photo et les banques de condensateurs pouvant potentiellement stocker une charge mortelle.
En règle générale, ne jamais toucher les fils des condensateurs de grande valeur une fois que l’alimentation est retirée. Si vous n’êtes pas sûr de leur état ou de la manière de manipuler ces gros condensateurs en toute sécurité, demandez de l’aide ou un avis d’expert avant de les manipuler.
Nous avons ici énuméré seulement quelques-unes parmi les nombreuses caractéristiques des condensateurs disponibles pour identifier et définir leurs conditions de fonctionnement et dans le prochain tutoriel de notre section sur les condensateurs, nous examinerons comment les condensateurs stockent une charge électrique sur leurs plaques et comment calculer leur valeur de capacité.
