Condensateur: appareil, principe de fonctionnement, application

Définition

Le mot condenseur vient du latin condensatio, qui se traduit par accumulation. En physique, ce terme est utilisé pour décrire toute une niche de produits électriques, dont le but est de fonctionner comme un dispositif de stockage d'énergie. La quantité d'énergie accumulée dépend de la capacité et du carré de la tension sur ses plaques, divisé par 2. Dans ce cas, le courant ne le traverse que pendant le processus de charge. Mais tout d'abord.

E = (UC²)/2

En termes simples, un condensateur est un appareil capable de stocker de l'énergie dans

Principe d'opération

Maintenant que nous savons comment cet élément est indiqué dans les schémas, nous devons considérer le principe de fonctionnement du condensateur. Lorsque les plaques du condensateur sont connectées à une source d'alimentation, les charges électriques des bornes positive et négative du MT se précipitent vers les plaques, s'accumulant sur elles.

Le courant électrique est interrompu une fois que le condensateur est chargé à la capacité nominale, car il y a une couche diélectrique entre les plaques, il ne peut pas circuler en permanence. Lorsque l'alimentation est coupée, des charges resteront sur le condensateur, ce qui signifie que la tension restera à ses bornes.

Les charges accumulées sur chacune des plaques sont opposées. En conséquence, la plaque qui était connectée à la borne positive de la source d'alimentation est chargée positivement et celle qui est chargée négativement. Le principe de fonctionnement de ce produit est basé sur l'attraction de charges différentes dans un circuit électrique.

En termes simples, le condensateur stockera l'énergie qui a été transférée de la source d'alimentation - c'est son but. Cependant, dans la pratique, il existe diverses pertes et fuites.

Intéressant! La Leiden Bank est le prototype des condensateurs modernes, né en 1745. Cet appareil était capable de stocker de l'énergie et d'extraire des étincelles lorsque ses plaques étaient fermées. Vous pouvez voir l'apparence et la construction ci-dessous.

Et dans la figure ci-dessous, vous pouvez voir la conception du condensateur plat le plus simple - deux plaques séparées par un diélectrique :

Étant donné que la capacité est directement proportionnelle à la surface des plaques et inversement proportionnelle à la distance qui les sépare, afin d'augmenter la capacité, les ingénieurs ont développé un certain nombre d'autres formes de condensateurs. Par exemple, les plaques ont roulé en spirale - leur surface est donc devenue plusieurs fois plus grande avec les mêmes dimensions globales, ainsi que des solutions cylindriques et sphériques.

L'une des lois de la commutation stipule que la tension aux bornes des plaques du condensateur ne peut pas changer brusquement, ce qui est illustré dans la miniature suivante.

Vues

Les condensateurs peuvent être classés selon différents critères.

Par constance de capacité :

• Permanent.
• Variables. Leur capacité peut être modifiée soit manuellement par l'opérateur (utilisateur) de l'appareil, soit sous l'influence de la tension (comme dans les varicaps et les variconds).

Par polarité de la tension appliquée :

• Non polaire - peut fonctionner dans des circuits CA.
• Polaire - si la tension est connectée avec la mauvaise polarité, elle échouera.

Selon l'endroit où ces composants sont utilisés, différentes options de matériaux sont distinguées :

• Les condensateurs papier et métal-papier sont familiers à beaucoup, courants à l'époque soviétique sous la forme de briques rectangulaires avec des marques comme "MBGCH". Vous pouvez voir l'apparence de ce type de condensateur ci-dessous. Ils sont non polaires.
• Céramique - ils filtrent souvent les interférences haute fréquence et la permittivité relative permet de réaliser des composants multicouches d'une capacité comparable aux électrolytes (coûteux), insensibles aux polarité.
• Film - courant sous forme de tampons bruns, peu coûteux, utilisés partout. Ils se caractérisent par un faible courant de fuite, une faible capacité, une tension de fonctionnement élevée et une insensibilité à la polarité de la tension appliquée.
• Avec diélectrique d'air. Le meilleur exemple d'un tel élément est un condensateur d'accord d'un circuit résonant d'un récepteur radio, la capacité de ces éléments est petite, mais il est pratique de la changer.
• Électrolytique - ce sont des éléments sous forme de barils; ils sont le plus souvent installés comme filtre des ondulations du réseau dans un bloc d'alimentation. La conception et le principe de fonctionnement vous permettent d'obtenir une grande capacité avec une petite taille, mais avec le temps, ils peuvent se dessécher, perdre de la capacité ou gonfler. Vous pouvez voir à quoi ressemblent ces produits en bon état ci-dessous. Une fine couche d'oxyde métallique est utilisée comme diélectrique. Si le bloc d'alimentation utilise des condensateurs avec un diélectrique de AL₂O₃ - la dite « électrolytes d'aluminium », puis tantale (Ta₂0₅ - ils appartiennent également aux électrolytes) condensateurs, car ils ont un courant de fuite plus faible, une plus grande résistance aux influences extérieures, contrairement aux précédents, en aluminium.
• Polymère - capable de résister à des courants d'impulsion élevés, fonctionnant à basse température

Principales caractéristiques techniques

Si vous réparez ou développez un appareil électronique, vous devrez sélectionner un condensateur approprié pour remplacer celui qui est défectueux. Et pour cela, vous devez vous familiariser avec les caractéristiques techniques de base du condensateur, dont dépend son fonctionnement dans le circuit électrique.

Capacité nominale. Il caractérise le but principal d'un composant - quelle charge il peut stocker. La caractéristique principale est mesurée en farads [F]. Cependant, une telle unité de mesure est trop grande, par conséquent, des fractions sont utilisées :

• Milifarads, mF - 0, 001 F (10^-3);
• Microfarads, F - 0, 000 001 F (10^-6);
• Nanofarads, nF - 0, 000 000 001 F (10^-9);
• Picofarads, pF - 0, 000 000 000 001 F (10^-12).

La tension nominale est la tension jusqu'à laquelle le condensateur peut être garanti pour fonctionner normalement. Lorsque cette valeur est dépassée, un claquage diélectrique est susceptible de se produire. Il peut aller d'unités de volts (pour les électrolytes) et jusqu'à des milliers de volts (film et céramique). Lors des réparations, cette valeur ne doit pas être inférieure à celle d'une panne, plus élevée - vous le pouvez !

Tolérance de déviation - de combien la capacité réelle peut différer de la valeur nominale déclarée. Il peut atteindre 20-30%, mais il existe également des modèles de haute précision avec une tolérance allant jusqu'à 1% - pour une utilisation dans les chaînes où une précision particulière est requise.

Coefficient de température de capacité - ce paramètre est important pour les électrolytes. Avec les condensateurs en aluminium, avec une diminution de la température, la capacité diminue et la résistivité électrique augmente. ESR)

ESR, Equivalent Series Resistance, est également important pour les électrolytes. En termes simples, plus c'est gros, pire c'est. Pour les conduits gonflés, l'ESR augmente.

Dans le tableau ci-dessous, vous pouvez voir les valeurs ESR admissibles pour différentes capacités et tensions nominales.

Où et pourquoi sont-ils utilisés ?

Pourtant, répondons à la question "à quoi sert le condensateur?" d'un point de vue pratique. Pour ce faire, envisagez plusieurs schémas.

Les condensateurs électrolytiques sont les plus largement utilisés comme filtre déjà mentionné de l'ondulation du secteur dans les alimentations. Le schéma ci-dessous montre exactement où l'électrolyte est installé. Plus la charge est importante, plus la capacité d'électrolyte est nécessaire pour lisser les pulsations.

Le prochain endroit où les condensateurs sont utilisés est les filtres passe-haut et passe-bas. Le schéma ci-dessous montre des inclusions typiques. Ainsi, dans les systèmes acoustiques, les basses, les médiums et les hautes fréquences sont distribués à travers les haut-parleurs sans l'utilisation de composants actifs.

Les alimentations de ballast sont souvent utilisées pour charger de petites batteries et alimenter des appareils à faible consommation tels que des ampoules LED bon marché, des radios et autres. Le condensateur à film est installé en série avec le dispositif d'alimentation, limitant le courant en raison de sa réactance - c'est le principe de fonctionnement d'un circuit aussi simple.

Les amortisseurs sont des dispositifs conçus pour protéger les commutateurs à semi-conducteurs et les contacts de relais des charges résultant de la commutation. Dans les alimentations haute fréquence pulsées modernes, des amortisseurs à partir d'une résistance et d'un condensateur sont utilisés, tels que manière, les principaux paramètres du circuit sont améliorés et la charge sur les touches est réduite, ainsi que la perte de puissance sur son Chauffer. Le principe de fonctionnement de l'amortisseur est de ralentir les fronts montants et descendants de la tension sur la touche en utilisant la constante de temps de la charge du condensateur.

Conclusion

Nous avons examiné ce qu'est un condensateur, comment il fonctionne et quelle fonction il remplit. Pour une étude plus approfondie, vous devez vous familiariser de près avec les types de condensateurs et leurs caractéristiques pratiques de travail dans divers circuits et applications. Ainsi, par exemple, dans les cas où une précision et une fiabilité particulières sont requises, des électrolytes à faible ESR ou au tantale sont utilisés, alors qu'il n'y a pas beaucoup de différence dans le filtre sur le redresseur quoi mettre.

Enfin, nous vous recommandons de regarder des vidéos utiles sur le sujet de l'article :

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