L'utilisation des Condensateurs
Nous allons expliquer dans cet article quels sont les types principaux de condensateurs que l'on utilise dans nos montages et surtout parler de leurs utilisations types.
Ce sujet abordera principalement les cas suivants :
- alimentations filtrées
- régulateurs
- microcontrôleurs, circuits logiques et analogiques
- filtres secteur et anti-parasitage
- audio
Je ne parlerai pas de HF. Ce n'est pas mon domaine d'expertise et suffisamment de sites spécialisés traitent du sujet.
Également je vais très peu m'étendre sur les explications théoriques, mais plutôt sur les applications pratiques et surtout les précautions à respecter.
D'autre part je ne vais pas présenter, comme on le voit souvent, les condensateurs par type avec leurs applications possibles, mais plutôt aborder chaque cas d'utilisation en suggérant un ou plusieurs types de condensateur.
Après tout, c'est bien souvent comme cela que se présente le problème :
J'ai telle application en vue, quel condensateur employer ?
Une petite présentation en images des principaux types de condensateurs se trouve en fin d'article.
1. Le condensateur
On trouve beaucoup d'explications sur la théorie des condensateurs. Je ne vais pas répéter ce d'autres écrivent de manière très complète :
https://fr.wikipedia.org/wiki/Condensateur
Condensateurs Utilisés En électronique De Puissance.pdf
http://www.dreamm.net/pub/ARCHI/LesCondensateurs/condensateur.pdf
Disons simplement qu'un condensateur est un composant passif capable de stocker
de l'énergie sous forme de champ électrostatique, entre deux armatures métalliques séparées par un isolant (diélectrique) :
Un condensateur peut être polarisé, c'est à dire qu'il aura un sens de branchement précis avec un pôle positif et un pôle négatif :
Attention : un condensateur polarisé branché à l'envers peut exploser.
La majeure partie des condensateurs ont un petit nom abrégé :
- polystyrène ou styroflex : MKS, MKY (Siemens)
- polypropylène : MKP, MKV (à huile)
- polyester ou mylar : MKT
- polycarbonate : MKC
- papier huilé : MP
- céramique multicouche : MLCC
Attention, la marque WIMA code certains de ses condensateurs polyester MKS ce qui prête à confusion.
1.1. La capacité
La capacité est principalement
déterminée
par la surface des armatures, mais elle dépend
aussi de l'isolant. La
valeur est exprimée en Farad, pico-farad, nano-farad ou micro-farad.
Qui dit capacité importante dit forcément taille importante et inversement.
On est capable à l'heure actuelle de fabriquer des condensateurs électrolytiques d'un farad supportant 25V ayant un encombrement de
Ø90x170mm :
La technologie employée limite souvent la capacité, principalement à cause de l'impossibilité de laminer certains diélectriques en feuilles suffisamment fines :
- tantale : 1000µF
- polyester : 100µF
- polypropylène : 100µF
- céramique MLCC : 4.7µF
- papier : 1µF
- polystyrène : 33nF
- etc.
1.2. La tension de service
La tension de service indique
la tension maximale à ne pas dépasser entre les deux pôles d'un condensateur.
Les tensions disponibles dépendent de la technologie employée :
- électrolytiques : 4V à 500V
- céramique MLCC : 25V à 500V
- tantale : 6.3V à 50V
- polystyrène : 63V à 160V
- papier : 125V à 1500V
- polyester : 30V à 3000V
- polypropylène : 30V à 10000V
- etc.
1.2.2. Sous-voltage des condensateurs plastique
Il ne faut pas être effrayé d'utiliser un condensateur film plastique
63V dans une application 5V. Ce sont des condensateurs généralement non fabriqués
pour des tensions de service de faible valeur.
Si vous avez un stock de condensateurs polyester 100nF 250V dans vos tiroirs, n'hésitez pas à les utiliser sous 5V ou 3.3V. Il n'y a aucun inconvénient, à part leur taille, qui sera supérieure à celle d'un modèle 30V ou 63V.
1.2.3. Sous-voltage des condensateurs électrolytiques
Certaines personnes affirment que pour un condensateur électrolytique il est déconseillé de choisir une tension de service trop importante sous peine d'accélérer son vieillissement.
Légende urbaine ? pas forcément ...
Réponse d'un collègue ingénieur : Un fabricant d'alimentations m'avait dit il y a une quinzaine d'années, qu'un
condensateur se dégradait lorsqu'il était soumis à une tension très
inférieure à sa tension de service. Mais je n'ai jamais vu de document
de fabricants de condensateur qui donnait l'évolution de la capacité
d'un condensateur en fonction de sa tension d'utilisation.
D'autres personnes affirment que : Le condensateur électrolytique présente la singulière propriété de
réparer son diélectrique tout au long de sa vie, et même de
l'adapter à la tension appliquée. Son diélectrique
se dégrade s'il reste non utilisé ou
sous-volté un certain temps. En
revanche, lorsqu'une tension plus forte que celle que supporte le
diélectrique lui est appliquée, ce condensateur reforme son diélectrique
au seul prix d'une augmentation transitoire de son courant de fuite.
Cela semble contredire le proverbe "qui peut le plus peut le moins", mais ce proverbe est-il vrai dans tous les cas ? Je dirais, étant anti-conformiste de nature, qu'un proverbe aussi simpliste a forcément ses limites.
L'augmentation du courant de fuite d'un condensateur électrolytique non utilisé pendant une période longue est indéniable. Qu'en est-il s'il a été longtemps sous-volté ? Un sous-voltage important peut-il être assimilé plus ou moins à une période de non-utilisation ? Rien n'interdit de le penser.
Il semblerait que la légende ne soit pas aussi infondée que cela. Un condensateur électrolytique n'est pas un condensateur comme les autres, il n'est pas simplement constitué de deux armatures et d'un diélectrique. La présence d'électrolyte change beaucoup de choses, et la chimie intervient pour beaucoup.
Je pencherais donc pour une tension de service supérieure à la tension d'utilisation, mais sans exagération.
Ma plus ancienne réalisation audio - un préamplificateur - tourne depuis 30 ans avec une alimentation à transformateur de 2x12V, redressement, filtrage par des condensateurs 4700µF 25V + régulateur shunt.
La tension sur les condensateurs est de 18V. La marge est donc de 35%, pas plus.
1.2.4. La règle des 20% ou des 80%
Quoiqu'il en soit, on choisira une tension de service au minimum supérieure de 20% aux besoins réels, sans excéder 50%, sans quoi la taille deviendra vite un handicap.
D'autres appliquent la règle suivante : la tension d'utilisation devra être au maximum égale à 80% de la tension de service.
Selon la règle des 80% un condensateur ayant de 6.3V de tension de service pourra être utilisé jusqu'à 5.04V.
Selon la règle des 20% un condensateur devant supporter 5V devra avoir une tension de service de minimum 6V.
Il est bien évident que cette règle s'applique uniquement lorsque l'on a affaire à une tension régulée. Lorsque la tension est susceptible de varier, il faut tenir compte de la tension maximale pouvant être présente aux bornes du condensateur.
Ensuite chacun fait comme il le sent. Libre à chacun de doubler la valeur de tension de service pour avoir l'impression d'obtenir plus de sécurité.
Il n'en reste pas moins que sur une carte mère de PC, qui constitue tout de même un des standards de l'industrie, les condensateurs 6.3V sont réservés aux lignes d'alimentation 5V tandis que les condensateurs 16V sont situés sur les lignes 12V.
Dans ce cas la règle des 20% et la règle des 80% fonctionnent, donc je
me dis que cela doit correspondre à une preuve tangible que cette règle est un standard reconnu.
1.3. La température
Les problèmes liés aux variations de température sont les mêmes que pour d'autres composants :
- variation des caractéristiques
- diminution de la durée de vie
Ici je vais surtout parler de la durée de vie des condensateurs électrolytiques.
Les fabricants précisent souvent une durée de vie et une température : 105° et 5000H par exemple.
Cela ne veut pas dire que le condensateur décédera systématiquement au bout de 5000H (6 mois) de fonctionnement, mais qu'il conservera ses caractéristiques pendant 5000H s'il est soumis en permanence à une température de 105°.
Le condensateur tiendra probablement plusieurs dizaines d'années à 25° et probablement 10 ans à 40° ou 50°.
En général un condensateur électrolytiques décédé pour cause de température excessive présente une surface supérieure bombée :
Les condensateurs que j'ai changé récemment sur ma tireuse à bière
étaient des modèles 16V pour une tension d'utilisation effective de 10.5V et ils sont morts au
bout de dix ans, car il fait chaud dans cette machine (ils ont gonflé, et
la panne est connue).
Comme par hasard, ces condensateurs sont situés près d'un dissipateur !
Si vous rencontrez ce genre de cas, n'hésitez pas, remplacez-le par un condensateur supportant une température supérieure, et augmentez la ventilation si vous le pouvez.
Vous rencontrerez souvent ce type de panne sur une carte mère de PC. C'est une bonne raison pour installer un ventilateur de boîtier ! Le ventirad du processeur et le ventilateur de l'alimentation ne suffisent pas toujours.
Mais vous aurez beaucoup de mal à remplacer les condensateurs gonflés d'une carte mère. Il vous faudra un fer à souder très puissant pour faire fondre les soudures sur un PCB 8 couches ou plus.
L'extraction du condensateur défectueux reste possible (je vous conseille d'ajouter un peu de soudure), mais le remplacement l'est moins, car pour cela il vous faudra aspirer la soudure des perçages du PCB. Certains y parviennent !
Une carte mère Asus P5S800-VM. Les condensateurs verts sont tous de la marque LTEC. En tout 25 exemplaires avec le même défaut (bombés).
Une marque à éviter ? non, à fuir !
1.4. Durée de vie et ondulation
Pour un condensateur, surtout électrolytique, il existe également un problème de durée de vie lié à l'ondulation de la tension à ses bornes :
https://www.astuces-pratiques.fr/electronique/duree-de-vie-des-condensateurs-chimiques
1.5. Fiabilité
Les condensateurs sont responsables de 30% des défaillances des circuits électroniques.
Je vous recommande de ne pas utiliser de condensateurs sans marque achetés chez des revendeurs chinois, en particulier des électrolytiques.
Une marque réputée vous offrira des composants durables dans le temps, et de plus vous n'aurez aucun mal à trouver les datasheets pour connaître leurs vraies caractéristiques (durée de vie, température maximale, etc.) :
- Nichicon
- Panasonic
- Samwha
- Vishay
- etc.
2. Les principaux cas d'utilisation
Commençons par les cas les plus courants.
2.1. Filtrage d'alimentation
Dans ce montage d'alimentation à transformateur, redressée et filtrée, on voit un condensateur électrolytique (polarisé) doublé par un condensateur non polarisé.
2.1.1. Attention à la tension réelle
Il faut choisir une marge de manœuvre plus importante pour un condensateur de filtrage
d'alimentation à transformateur, qui lui est soumis à une tension
dépendante de la tension secteur, qui peut varier dans des proportions non négligeables.
Il ne faut pas
oublier non plus que la tension à vide d'un transformateur est
supérieure à sa tension en charge, et plus sa puissance est faible, pire c'est.
Un transformateur 12V 5VA délivre souvent 17V à vide. Donc on doit tenir compte de la tension à vide pour les calculs.
Si l'on calcule la tension filtrée à partir de 12V en charge, on obtient 17V.
Si l'on calcule la tension filtrée à partir de 17V à vide, on obtient 24V, ce qui n'est pas tout à fait la même chose.
Dans le premier cas, le choix théorique serait un condensateur de 25V.
Alors que dans le deuxième cas, on choisira plutôt 35V, en tenant compte d'une éventuelle variation du secteur de 10%.
2.1.2. Augmenter la tension de service
Choisir un
condensateur de tension supérieure en filtrage d'alimentation permet d'allonger sa durée de vie,
car le courant ondulé admissible est plus important. La résistance série
sera également plus faible, ce qui ne peut qu'améliorer la réponse transitoire.
Attention toutefois : l'augmentation de la tension se service s'accompagne d'une augmentation de l'encombrement et aussi du prix.
Augmenter la tension de service dans de larges proportions (50V ou 100V pour une tension de 5V par exemple) peut à la longue avoir un effet de dégradation du diélectrique. Il conviendra de tenir compte de ce paragraphe :
1.2.3. Sous-voltage des condensateurs électrolytiques
2.1.3. Cas général
Étant donné les capacités importantes nécessaires pour lisser une tension alternative redressée, le choix qui s'impose est le condensateur électrolytique.
On ajoute souvent en parallèle un petit condensateur film polyester afin d'éliminer les petites ondulations haute fréquence.
On peut aussi combiner plusieurs technologies pour filtrer sur une bande de fréquence plus large :
Exemple : électrolytique + 100nF polyester + 100pF céramique.
Donc le choix se résume à ceci :
- électrolytique
- électrolytique + film polyester (MKT)
Je vous renvoie à cet article si vous voulez en savoir plus sur le calcul d'une capacité de filtrage :
https://riton-duino.blogspot.com/2019/01/alimentation-transformateur.html
2.1.4. En audio
En audio haut de gamme on peut aussi ajouter en parallèle un électrolytique faible ESR (résistance série) afin d'améliorer la réponse de l'alimentation aux variations brusques de consommation (réponse transitoire).
On peut aussi ajouter en parallèle un condensateur à film polypropylène (MKP).
On peut aussi n'utiliser que des condensateurs électrolytique faible ESR, mais le prix sera élevé.
Donc le choix se résume à ceci :
- électrolytique + électrolytique faible ESR
- électrolytique + film polyester (MKT) ou polypropylène (MKP)
- électrolytique faible ESR seul
2.1.5. Mise en parallèle
Un condensateur de forte capacité présente une faible impédance aux fréquences basses. Une capacité de faible valeur présente une impédance plus faible aux haute fréquence.
Il est intéressant de placer plusieurs condensateurs en parallèle afin
d'améliorer le comportement en régime impulsionnel.
C'est une technique qui donne de bons
résultats car chaque condensateur travaille dans sa plage de fréquence.
Par exemple :
- électrolytique + céramique 100nF
- électrolytique + polyester 100nF + céramique 100pF
Remarque : un condensateur tantale est un condensateur basse fréquence, tout comme un électrolytique.
2.2. Stabilité d'un régulateur
On voit très souvent un condensateur à l'entrée et un autre à la sortie d'un régulateur :
Le condensateur en entrée permet d'éliminer les éventuelles petites ondulations résiduelles de l'alimentation. Il est facultatif si la distance qui sépare le régulateur de l'alimentation est faible (< 10cm).
Le condensateur de sortie est absolument nécessaire à la stabilité du régulateur.
La valeur minimale de ce condensateur est précisée dans la datasheet du régulateur. Il est indispensable de la lire. Certains fabricants vont jusqu'à préciser le type de condensateur à utiliser (souvent tantale ou MLCC).
Certains régulateurs se contentent de 0.1µF (LM7805), d'autre ont besoin de 100µF (LM1117).
2.2.1. Augmenter la tension de service
Contrairement aux alimentation à transformateur, augmenter la tension de service d'un condensateur de sortie de régulateur n'apporte rien. L'échauffement par ondulation est nul. La diminution de la résistance série pourra s'obtenir de manière plus efficace en choisissant un condensateur au tantale.
2.2.2. Cas général
Ici, en fonction de la valeur on pourra adopter :
- < 1µF : céramique MLCC, film polyester (MKT)
- > 1µF : tantale, céramique MLCC, électrolytique
A la sortie d'une alimentation stabilisée de laboratoire, on pourra appliquer la même règle.
On peut éventuellement combiner plusieurs technologies pour filtrer sur une bande de fréquence plus large :
10µF électrolytique ou tantale + 100nF polyester + 100pF céramique.
2.2.3. En audio
Pour des applications audio exigeantes, on préférera le condensateur film polypropylène (MKP), ou tantale pour les capacités trop importantes.
2.2.4. Mise en parallèle
Ici aussi il est intéressant de placer plusieurs condensateurs en parallèle afin
d'améliorer le comportement en régime impulsionnel.
Par exemple :
- électrolytique 10µF + céramique 100nF
- électrolytique 10µF + polyester 100nF + céramique 100pF
- polyester 100nF + céramique 100pF
2.2.5. Condensateurs électrolytiques audio
Il existe des condensateurs électrolytiques haut de gamme :
2.3. Découplage d'alimentation
Il est recommandé lorsque l'on implante un microcontrôleur, un circuit logique ou analogique de placer un condensateur en parallèle au plus près de ses broches d'alimentation.
Ces condensateurs empêchent les fortes variations de courant de remonter les lignes d'alimentation et d'aller perturber d'autres circuits. Ils agissent comme un petit réservoir d'énergie.
2.3.1. Cas général
Pour des circuits numériques ou analogiques, en général on utilisera ici un petit condensateur de 4.7nF à 100nF à film polyester :
- micro-contrôleur
- circuits logiques
- amplificateurs opérationnels
- modules radio à faible consommation (NRF24L01 par exemple)
- etc.
On pourra découpler l'alimentation d'un ESP8266 ou d'un ESP32 à
l'aide d'un condensateur électrolytique de plus forte valeur (10µF minimum), car s'il consomme peu quand
il est connecté, pendant la phase de connexion WIFI il peut consommer plus de 400mA.
La capacité pourra même être largement supérieure si le régulateur qui l'alimente est un peu juste en courant (500mA par exemple).
On peut ajouter également un 100nF à film polyester.
Pour des appels de courants plus importants, la bobine d'un relais par exemple, on pourra utiliser un condensateur électrolytique de grosse capacité (100µF ou plus, en fonction du courant demandé) :
Ce condensateur évitera que les appels de courant de la bobine ne perturbe l'alimentation du microcontrôleur par exemple.
En résumé :
- < 1µF : céramique MLCC, film polyester (MKT)
- > 1µF : tantale, céramique MLCC, électrolytique
2.3.2. En audio
Pour des applications audio exigeantes, on préférera le condensateur film polypropylène (MKP).
2.4. Condensateur de liaison
Entre deux circuits analogiques, si l'on veut éviter qu'une tension continue ne soit transmise d'un étage à un autre, on utilise un condensateur de liaison.
On peut également éliminer la tension continue aux bornes d'un potentiomètre de réglage de volume à l'aide de ce moyen (ce qui permettra d'éviter les bruits de crachements dus à cette tension continue) :
Sur ce schéma la base du transistor est polarisée à l'aide de 2 résistances R1 et R2. La tension sur la base sera probablement de 12V / 2 donc 6V.
Cette tension ne doit en aucun cas être envoyée sur l'entrée, d'où la présence de C1, qui protège aussi le circuit d'une éventuelle tension continue en provenance de l'entrée.
Cette tension ne doit en aucun cas être appliquée sur le potentiomètre, d'où la présence de C3.
Le condensateur C2 empêche d'envoyer une tension continue sur la sortie.
Il en découle que seule une tension alternative peut traverser ce circuit.
2.4.1. Les circuits analogiques modernes
Dans les circuits analogiques modernes, on utilise une alimentation symétrique, avec la masse comme point milieu, ce qui fait que ces composantes continues sont inexistantes ou presque.
Cela explique la quasi absence de condensateurs de liaison dans les amplificateurs modernes, ce qui va dans le bon sens : moins il y a de composants sur le trajet du signal, plus celui-ci est fidèlement restitué.
2.4.2. Liaison analogique / numérique
Vous pouvez être amené à utiliser un condensateur de liaison entre un montage analogique à alimentation symétrique et une entrée analogique de microcontrôleur, à des fins de mesure et de traitement :
Sur ce schéma, le signal alternatif en sortie de l'amplificateur opérationnel est centré de part et d'autre du zéro (GND).
Les résistances R1 et R2 permettent de polariser l'entrée du convertisseur analogique / numérique autour de 2.5V, ce qui permettra à celui-ci de travailler sur une tension d'entrée compatible avec sa tension d'alimentation (0V à 5V).
Le condensateur permet d'éviter que cette tension continue ne se retrouve sur la sortie de l'amplificateur opérationnel.
2.4.3. Calculer la valeur
Les condensateurs de liaison agissent comme des filtres passe-haut.
Le calcul de la valeur d'un condensateur de liaison fait intervenir l'impédance d'entrée du circuit en aval (celle du circuit en amont étant en général beaucoup plus faible) et la fréquence de coupure désirée.
Des valeurs de 1µF ou plus sont courantes en application audio.
La fréquence de coupure sera calculée comme suit :
Fc = 1 / (2 * 3.14 * RC)
En retournant la formule :
C = 1 / (Fc * 2 * 3.14 * R)
Plus la fréquence de coupure Fc sera basse, plus la capacité C du condensateur sera importante.
Plus l'impédance R sera basse, plus la capacité C du condensateur sera importante également.
2.4.4. Augmenter la tension de service
En audio très haut de gamme il n'est pas rare de rencontrer des
condensateurs de liaison polypropylène ou papier huilé largement
surdimensionnés en tension de service (400V ou même 1200V) sur le trajet du signal :
Pourquoi
une telle débauche de moyens alors qu'un condensateur de 30V suffirait
amplement pour assurer le passage d'un signal de 100mV ?
Les
audiophiles considèrent que les armatures d'un condensateur vibrent
lors du passage du signal, introduisant une certaine distorsion. Ce
n'est pas faux, mais dans quelle mesure serez-vous capable d'entendre
une différence ?
Je vous laisse seul juge.
A
partir du moment où certains illuminés pensent qu'un cordon secteur
FURUTECH à 400€ peut apporter plus de dynamique à leur système audio,
tous les délires sont permis.
Les amateurs d'audio haut
de gamme actuels sont particuliers. Il écoutent des CD échantillonnés
en 16 bits et 44KHZ, et pour eux cela a été une révolution dans les
années 1980, mais à mon sens le CD est un standard misérable.
Personnellement,
pour avoir numérisé de galettes 33T vinyle en 24bits et 96KHz ou
192Khz, je pense que les audiophiles actuels ont raté quelque chose ...
mais ils ne le savent pas, c'est rassurant pour leur ego.
Écouter
des CD dont le spectre de fréquence est hyper-limité dans les aigus et
penser qu'un cordon secteur à 400€ va améliorer les choses ne relève pas
du bon sens.
Personnellement, étant exigeant, j'utilise des condensateurs polypropylène WIMA série MKP 250V ou 400V dans mes circuits audio.
Leur
prix (0.70€ pour un condensateur de 1µF 250V) est certes supérieur à
celui d'un polyester courant (0.10€) mais reste sans commune mesure avec
le prix d'un Jantzen Alumen Z-CAP (25€).
Mais rien ne dit que je n'essaierai pas le Jantzen un jour ...
Pour votre curiosité visitez ce site, où un testeur éclairé écoute le son des condensateurs :
http://www.humblehomemadehifi.com/Cap.html
2.4.5. Cas général
Le choix va dépendre surtout de la valeur de la capacité :
Nous allons commencer par les condensateurs à proscrire, car non linéaires. Ces condensateurs produiraient une distorsion importante :
Si les impédances en jeu sont basses, ce qui est plutôt rare, la valeur de capacité sera élevée, nous n'aurons guère de choix :
- électrolytique
- électrolytique non polarisé
Afin d'augmenter l'impédance d'entrée d'un circuit audio, il est souvent préférable d'ajouter un étage amplificateur suiveur, plutôt que d'utiliser un condensateur électrolytique de forte valeur.
Sinon, dans un ordre de qualité décroissante on pourra choisir :
- polystyrène (MKS)
- polypropylène (MKP)
- papier huilé
- mylar ou polyester
- polycarbonate (MKC)
Pour ceux qui ont envie d'approfondir :
https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_condensateur_liaison.html
http://optimisetonampli.chez-alice.fr/passif.htm
Les types de condensateurs utilisés en tant que condensateurs de liaison conviennent également pour la réalisation de filtres audio.
2.4.6. Mise en parallèle
Lorsque l'on est obligé d'utiliser un électrolytique, ici aussi il est intéressant de placer plusieurs condensateurs en parallèle afin
d'améliorer le comportement aux haute fréquence.
Par exemple :
- électrolytique 10µF + polyester 100nF
- électrolytique 10µF + polystyrène 10nF
- électrolytique 10µF + polypropylène 100nF
Vous aurez du mal à trouver des condensateurs polystyrène dépassant 33nF.
Rappel : en audio le tantale et la céramique sont à éviter.
2.4.7. Condensateurs électrolytiques audio
Lorsque l'on est obligé d'utiliser un électrolytique, il existe des modèles haut de gamme :
2.5. Condensateur de filtrage et anti-parasitage secteur
Nous abordons ici un domaine où intervient un critère important : la sécurité des personnes et des biens.
Prenons un exemple pour illustrer :
Ce filtre secteur possède deux types de condensateurs :
Le condensateur C1 est obligatoirement du type polypropylène ou papier X2 400V.
Les condensateurs de classe X2 sont souvent connectés entre phase et neutre et ne doivent pas dans leur mode de
défaillance provoquer de court-circuit, il sont "auto-cicatrisants" :
La classe X1 supporte des "pointes" de 4kV, la class X2 2,5kV.
Les condensateurs C2 et C3 sont obligatoirement du type polypropylène ou papier Y2
400V. Les condensateurs de classe Y2 sont connectés à la terre, et sont
garantis sans fuite, ceci afin de garantir la sécurité des personnes, et d'éviter aussi bien sûr qu'une fuite importante à la terre ne fasse sauter votre disjoncteur différentiel :
Le condensateurs Y1 et Y2 sont testés à l'aide de pointes de 8kV pour la class Y1 et 5kV pour la classe Y2.
Les condensateurs X2 et Y2 sont utilisée notamment dans toute alimentation à découpage, dans celle de votre PC par exemple.
Il est formellement interdit d'utiliser des condensateurs classiques du type film polyester ou autre sur le secteur.
Autre cas : un condensateur anti-parasites.
Le condensateur C1 doit être de préférence du type X2 pour des raisons de sécurité, et doit pouvoir supporter bien entendu 250V alternatifs ou 400V continus.
Un condensateur à film polyester qui se mettrait partiellement en court-circuit pourrait entraîner un échauffement important de la résistance de 100Ω et déclencher un incendie.
En résumé :
- entre phase et neutre : polypropylène X2
- entre phase et terre ou neutre et terre : polypropylène Y2
2.6. Les super-condensateurs
Ces condensateurs de très forte capacité (jusqu'à plusieurs milliers de Farads) permettent de stocker une quantité énorme d'énergie.
Il sont utilisés comme réservoir d'énergie en cas de coupure secteur, et sont capables de maintenir un microcontrôleur alimenté pendant plusieurs secondes, minutes, ou même heures, le temps de faire une sauvegarde de données par exemple.
Leur tension de service peut varier entre 2.5V et 16V.
J'en parle ici :
https://riton-duino.blogspot.com/2019/03/arduino-sauvegarde-de-donnees-en-eeprom.html
3. Les principaux types de condensateurs
Un petit tour d'horizon en images :
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| Condensateur électrolytique polarisé |
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| Condensateur électrolytique bipolaire (non polarisé) |
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| Condensateur électrolytique snap-in |
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| Condensateur électrolytique à visser |
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Les condensateur électrolytique snap-in et à visser sont en général des modèles de grande capacité.
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| Condensateur tantale goutte (polarisé) |
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| Condensateur tantale solide (polarisé) |
Un condensateur tantale peut remplacer avantageusement un électrolytique lorsque l'on ne trouve pas de modèle de petite capacité et faible tension, par exemple un 10µF / 6.3V.
Les condensateurs au tantale présentent de meilleures caractéristiques de stabilité que les électrochimiques, aussi bien en températures qu'en fréquence. Leur résistance série est plus faible.
Par contre ils ne sont pas recommandés sur le trajet de signaux
audio.
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| Condensateur céramique |
Ces condensateurs sont utilisés dans les applications haute fréquence ou
dans les applications haute tension (circuits à tubes par exemple).
Ils ne sont pas recommandés sur le trajet de signaux
audio.
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| Condensateur céramique multicouche MLCC |
Il existe différentes classes de condensateur MLCC. La capacité d'un MLCC Y5V, très répandu, varie énormément avec la température, ce qui sera moins le cas avec un X7R.
Si vous voulez en savoir plus, visitez ces sites :
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| Condensateur polyester KEMET |
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| Condensateur polyester SR Passives |
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| Condensateur polyester WIMA |
Les condensateurs polyester sont parmi les plus courants dans les montages électroniques. Ils sont peu coûteux.
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| Condensateur polypropylène KEMET |
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| Condensateur polypropylène SR Passives |
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| Condensateur polypropylène WIMA |
Comme vous le voyez il est impossible de discerner un condensateur film polyester ou polypropylène de par l'aspect.
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| Condensateur polystyrène Styroflex |
 |
| Condensateur polystyrène Styroflex |
Les condensateurs polystyrène se trouvent facilement chez les revendeurs de composants audio.
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| Condensateur papier huilé |
Les condensateurs au papier huilé également. Il sont très souvent utilisés dans le matériel de sonorisation (amplificateurs de guitare).
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| Condensateur polypropylène X2 |
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| Condensateur papier X2 WIMA |
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| Condensateur polypropylène Y2 |
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| Condensateur papier Y2 WIMA |
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| Super-condensateur 100000µF 5.5V |
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| Super-condensateur 3000 Farads 2.7V |
4. Approvisionnement et stockage
Je vous déconseille
d'acheter des lots de condensateurs de toutes valeurs. Ceux-ci
sont en général de piètre qualité et comportent souvent un bon nombre de valeurs de capacité et de tension
que vous n'utiliserez jamais.
Il est largement préférable de stocker uniquement quelques valeurs courantes pour des tensions qui vous sont habituelles :
- 10µF / 10V électrochimique et 1µF / 40V MLCC pour vos sorties de régulateurs
- 100nF film polyester pour vos découplages
Les autres besoins pourront être couverts au fur et à mesure en fonction des applications à développer.
5. Bibliographie
https://fr.wikipedia.org/wiki/Condensateur
Condensateurs Utilisés En électronique De Puissance.pdf
http://www.dreamm.net/pub/ARCHI/LesCondensateurs/condensateur.pdf
https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_condensateur.html
https://www.sonelec-musique.com/electronique_theorie_condensateur_liaison.html
http://optimisetonampli.chez-alice.fr/passif.htm
6. Conclusion
J'espère que ce petit tour d'horizon des condensateurs vous aura permis de mieux cerner leurs applications respectives et éclairer vos futurs choix.
Cordialement
Henri
7. Mises à jour
13/07/2019 : 1.2.4. La règle des 20% ou des 80%
14/07/2019 : 1.5. Fiabilité
2.1.1. Attention à la tension réelle
2.1.2. Augmenter la tension de service
2.2.1. Augmenter la tension de service
4. Approvisionnement et stockage
2.4.1. Les circuits analogiques modernes
2.4.2. Liaison analogique / numérique
2.4.4. Augmenter la tension de service
1.2.2. Sous-voltage des condensateurs plastique
1.2.3. Sous-voltage des condensateurs électrolytiques
16/07/2019 : 2.1.5. Mise en parallèle
2.2.4. Mise en parallèle
2.2.5. Condensateurs électrolytiques audio
2.4.6. Mise en parallèle
2.4.7. Condensateurs électrolytiques audio
