Types de condensateurs

Les types de condensateurs disponibles vont de très petits condensateurs délicats utilisés dans des circuits d’oscillation ou de radio, jusqu’à de grands condensateurs de type métal-can utilisés dans des circuits de correction et de lissage à haute tension.

Les comparaisons entre les différents types de condensateur se font généralement en fonction du diélectrique utilisé entre les plaques. Tout comme pour les résistances, il existe également des condensateurs variables qui nous permettent de faire varier leur valeur de capacité pour une utilisation dans des circuits radio ou de “réglage de fréquence”.

Les types de condensateurs commerciaux sont fabriqués à partir de feuilles métalliques entrelacées avec des feuilles minces de papier imprégné de paraffine ou de Mylar comme matériau diélectrique. Certains condensateurs ressemblent à des tubes, car les plaques en feuille métallique sont enroulées dans un cylindre pour former un petit emballage avec le matériau diélectrique isolant glissé entre elles.

Les petits condensateurs sont souvent construits à partir de matériaux céramiques, puis trempés dans une résine époxy pour les sceller. Quoi qu’il en soit, les condensateurs jouent un rôle important dans les circuits électroniques, voici donc quelques-uns des types de condensateurs les plus “courants”.

Condensateur diélectrique

Les condensateurs diélectriques sont généralement de type variable, où une variation continue de la capacité est nécessaire pour régler les émetteurs, récepteurs et radios à transistors. Les condensateurs diélectriques variables sont de type multi-plaques à espace d’air, ayant un ensemble de plaques fixes (les ailettes du stator) et un ensemble de plaques mobiles (les ailettes du rotor), qui se déplacent entre les plaques fixes.

La position des plaques mobiles par rapport aux plaques fixes détermine la valeur globale de la capacité. La capacité est généralement au maximum lorsque les deux ensembles de plaques sont complètement imbriqués. Les condensateurs de réglage à haute tension ont des espacements ou des espaces d’air relativement grands entre les plaques, avec des tensions de rupture atteignant de milliers de volts.

Symbole du condensateur variable

En plus des types de condensateurs continuellement variables, il existe des condensateurs variables de type préréglé appelés Trimmers. Ce sont généralement de petits dispositifs qui peuvent être ajustés ou “préréglés” à une valeur de capacité particulière à l’aide d’un petit tournevis et sont disponibles dans des capacités très réduites de 500pF ou moins et sont non polarisés.

Type de condensateur à film

Les condensateurs à film sont les plus couramment disponibles parmi tous les types de condensateurs, provenant d’une famille relativement large où la différence réside dans leurs propriétés diélectriques. Ceux-ci incluent le polyester (Mylar), le polystyrène, le polypropylène, le polycarbonate, le papier métallisé, Teflon, etc. Les condensateurs de type film sont disponibles dans des plages de capacités variant de 5pF à 100uF selon le type de condensateur et sa tension nominale. Les condensateurs à film sont également disponibles dans une variété de formes et de styles de boîtiers, incluant :

• Enveloppe et remplissage (Ovale et rond)  –  où le condensateur est enroulé dans un ruban plastique rigide et les extrémités sont remplies d’époxy pour les sceller.
• Boîtier époxy (Rectangulaire et rond)  –  où le condensateur est enfermé dans une coque en plastique moulé, puis rempli d’époxy.
• Métal hermétiquement scellé (Rectangulaire et rond)  –  où le condensateur est enfermé dans un tube en métal ou une boîte, également scellé avec de l’époxy.

Tous les styles de boîtiers ci-dessus sont disponibles à la fois en sorties axiales et radiales.

Les condensateurs à film, qui utilisent du polystyrène, polycarbonate ou Teflon comme diélectriques, sont parfois appelés “condensateurs en plastique”. La construction des condensateurs à film plastique est similaire à celle des condensateurs à film papier mais utilise un film plastique au lieu du papier.

L’avantage principal des types de condensateurs à film plastique par rapport aux types en papier imprégné est qu’ils fonctionnent bien sous des conditions de haute température, ont des tolérances plus petites, une très longue durée de vie et une grande fiabilité. Des exemples de condensateurs à film sont les types de film rectangulaire métallisé et de film cylindrique et feuille, comme indiqué ci-dessous.

Type à sortie radiale

Type à sortie axiale

Les types de condensateurs en feuille et en film sont fabriqués à partir de longues bandes de fine feuille de métal avec le matériau diélectrique intercalé, qui sont enroulées en un rouleau compact et ensuite scellées dans du papier ou des tubes métalliques.

Condensateur à film

Ces types de film nécessitent un film diélectrique beaucoup plus épais pour réduire le risque de déchirures ou de perforations dans le film, et sont donc plus adaptés aux valeurs de capacité plus faibles et aux tailles de boîtier plus grandes.

Les condensateurs en feuille métallisée disposent d’un film conducteur métallisé pulvérisé directement sur chaque côté du diélectrique, ce qui confère au condensateur des propriétés auto-réparatrices et permet d’utiliser des films diélectriques beaucoup plus fins. Cela permet d’obtenir des valeurs de capacité plus élevées et des tailles de boîtier plus petites pour une capacité donnée. Les condensateurs en film et en feuille sont généralement utilisés pour des applications de puissance plus élevée et plus précises.

Types de condensateurs céramiques

Les condensateurs céramiques ou condensateurs en disque, comme on les appelle généralement, sont fabriqués en recouvrant deux côtés d’un petit disque en porcelaine ou en céramique d’argent, puis empilés ensemble pour former un condensateur. Pour des valeurs de capacité très faibles, un seul disque céramique d’environ 3-6 mm est utilisé. Les condensateurs céramiques ont une constante diélectrique élevée (High-K) et sont disponibles de manière à ce que des capacités relativement élevées puissent être obtenues dans une petite taille physique.

Condensateur céramique

Ils montrent de grands changements non linéaires dans la capacité en fonction de la température et, par conséquent, sont utilisés comme condensateurs de découplage ou de dérivation car ce sont également des dispositifs non polarisés. Les valeurs des condensateurs céramiques varient de quelques picofarads à un ou deux microfarads, (μF), mais leurs tensions nominales sont généralement assez faibles.

Les types de condensateurs céramiques ont généralement un code à trois chiffres imprimé sur leur corps pour identifier leur valeur de capacité en picofarads. En général, les deux premiers chiffres indiquent la valeur des condensateurs et le troisième chiffre indique le nombre de zéros à ajouter. Par exemple, un condensateur en disque céramique portant la mention 103 indiquerait 10 et 3 zéros en picofarads, ce qui équivaut à 10,000 pF ou 10nF.

De même, les chiffres 104 indiqueraient 10 et 4 zéros en picofarads, ce qui est équivalent à 100,000 pF ou 100nF, et ainsi de suite. Ainsi, sur l’image du condensateur céramique ci-dessus, les chiffres 154 indiquent 15 et 4 zéros en picofarads, ce qui est équivalent à 150,000 pF ou 150nF ou 0.15μF. Des codes de lettres sont parfois utilisés pour indiquer leur valeur de tolérance comme : J = 5%, K = 10% ou M = 20%, etc.

Types de condensateurs électrolytiques

Les condensateurs électrolytiques sont généralement utilisés lorsque des valeurs de capacité très élevées sont requises. Ici, au lieu d’utiliser une très fine couche de film métallique pour l’un des électrodes, une solution électrolytique semi-liquide sous forme de gel ou de pâte est utilisée pour servir de deuxième électrode (généralement la cathode).

Le diélectrique est une très fine couche d’oxyde qui est formée chimiquement pendant la production, avec une épaisseur de film inférieure à dix microns. Cette couche isolante est si fine qu’il est possible de fabriquer des condensateurs avec une grande valeur de capacité pour une petite taille physique, car la distance entre les plaques, d, est très petite.

Condensateur électrolytique

La majorité des types de condensateurs électrolytiques sont Polarisés, c’est-à-dire que la tension CC appliquée aux bornes du condensateur doit être de la polarité correcte, c’est-à-dire positive pour la borne positive et négative pour la borne négative, car une polarisation incorrecte entraînera la rupture de la couche d’oxyde isolante et peut causer des dommages permanents.

Tous les condensateurs électrolytiques polarisés ont leur polarité clairement marquée par un signe négatif pour indiquer la borne négative, et cette polarité doit être respectée.

Les condensateurs électrolytiques sont généralement utilisés dans des circuits d’alimentation CC en raison de leur grande capacité et de leur petite taille, afin de contribuer à réduire la tension de ripple ou pour des applications de couplage et de découplage. Un inconvénient majeur des condensateurs électrolytiques est leur tension nominale relativement faible et, en raison de la polarisation des condensateurs électrolytiques, ceux-ci ne doivent pas être utilisés sur des alimentations AC. Les électrolytiques se présentent généralement sous deux formes de base : Condensateurs électrolytiques en aluminium et Condensateurs électrolytiques en tantale.

Condensateur électrolytique

1. Types de condensateurs électrolytiques en aluminium

Il existe essentiellement deux types de condensateurs électrolytiques en aluminium, le type en feuille ordinaire et le type en feuille gravée. L’épaisseur du film d’oxyde d’aluminium et la haute tension de rupture confèrent à ces condensateurs des valeurs de capacité très élevées pour leur taille.

Les plaques en feuille du condensateur sont anodisées avec un courant CC. Ce processus d’anodisation établit la polarité du matériau de la plaque et détermine quel côté de la plaque est positif et quel côté est négatif.

Le type en feuille gravée diffère du type en feuille ordinaire en ce sens que l’oxyde d’aluminium sur les feuilles d’anode et de cathode a été gravé chimiquement pour augmenter sa surface et sa perméabilité. Cela donne un condensateur de taille plus petite qu’un type à feuille ordinaire de valeur équivalente mais a l’inconvénient de ne pas pouvoir résister à des courants CC élevés comparé au type ordinaire. De plus, leur plage de tolérance est assez large, allant jusqu’à 20 %. Les valeurs typiques de capacité pour un condensateur électrolytique en aluminium varient de 1uF à 47,000uF.

Les électrolytiques à feuille gravée conviennent mieux aux circuits de couplage, de blocage CC et de dérivation, tandis que les types en feuille ordinaire sont mieux adaptés comme condensateurs de lissage dans les alimentations. Cependant, les électrolytiques en aluminium sont des dispositifs “polarisés”, donc l’inversion de la tension appliquée sur les fils causera la destruction de la couche isolante à l’intérieur du condensateur, ce qui détruira également le condensateur. Cependant, l’électrolyte utilisé à l’intérieur du condensateur aide à réparer une plaque endommagée si les dommages sont faibles.

Comme l’électrolyte a des propriétés pour réparer automatiquement une plaque endommagée, il a également la capacité de ré-anodiser la plaque en feuille. Puisque le processus d’anodisation peut être inversé, l’électrolyte a la capacité de retirer le revêtement d’oxyde de la feuille, comme cela se produirait si le condensateur était connecté avec une polarité inverse. L’électrolyte, ayant la capacité de conduire l’électricité, si la couche d’oxyde d’aluminium était enlevée ou détruite, le condensateur permettrait au courant de passer d’une plaque à l’autre, détruisant ainsi le condensateur, donc “faites attention”.

2. Types de condensateurs électrolytiques en tantale

Les condensateurs électrolytiques en tantale et les perles de tantale sont disponibles dans des types électrolytiques humides (feuille) et secs (solides), avec les types solides ou secs étant les plus courants. Les condensateurs en tantale solides utilisent du dioxyde de manganèse comme leur deuxième terminal et sont physiquement plus petits que les équivalents en aluminium.

Les propriétés diélectriques de l’oxyde de tantale sont également beaucoup meilleures que celles de l’oxyde d’aluminium, ce qui donne des courants de fuite plus faibles et une meilleure stabilité de la capacité, ce qui les rend adaptés pour des applications de blocage, de dérivation, de découplage, de filtrage et de minutage.

De plus, les condensateurs en tantale, bien qu’ils soient polarisés, peuvent tolérer plus facilement d’être connectés à une tension inverse que les types en aluminium, mais sont classés à des tensions de fonctionnement beaucoup plus faibles. Les condensateurs en tantale solides sont généralement utilisés dans des circuits où la tension AC est faible par rapport à la tension CC.

Cependant, certains types de condensateurs en tantale contiennent deux condensateurs dans un, connectés négatif à négatif pour former un condensateur “non polarisé” à utiliser dans des circuits AC à basse tension en tant que dispositif non polarisé. En général, la borne positive est identifiée sur le corps du condensateur par une marque de polarité, le corps d’un condensateur à perle de tantale étant de forme géométrique ovale. Les valeurs typiques de capacité varient de 47nF à 470uF.

Condensateur électrolytique en aluminium & en tantale

Les électrolytiques sont des condensateurs largement utilisés en raison de leur faible coût et de leur petite taille, mais il existe trois façons simples de détruire un condensateur électrolytique :

• Surtension –  la tension excessive causera une fuite de courant à travers le diélectrique, entraînant un court-circuit.
• Polarité inversée –  une tension inverse provoquera l’autodestruction de la couche d’oxyde et une défaillance.
• Surcharge thermique –  une chaleur excessive dessèche l’électrolytique et réduit la durée de vie d’un condensateur électrolytique.

Dans le prochain tutoriel sur les Condensateurs, nous examinerons certaines des caractéristiques principales pour montrer qu’il y a plus au Condensateur que simplement la tension et la capacité.