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Technique - Condensateur


Dans ce chapitre, nous allons étudier le célébrissime condensateur qui est un des constituants essentiels de nos montages. Il y a plusieurs approches possibles pour cette étude, de la plus simple à la plus compliquée. Nous nous attacherons à décrire son comportement en continu, pour l'alternatif, ce sera une autre histoire...

Commençons par le symbole et quelques images:

cond1.gif (1034 octets)

cond9.gif (3218 octets)cond8.gif (2798 octets)

Comment est constitué un condensateur ?

Aussi surprenant que cela puisse paraître, un condensateur est constitué par deux conducteurs séparés par un isolant. ceci apparaît clairement sur le symbole

Quelles sont ses propriétés fondamentales ?


Un condensateur ne laissera pas passer le courant continu, il le bloquera et inversement laissera passer le courant alternatif, attention cette dernière assertion est soumise à conditions. On dit souvent qu'un condensateur est un réservoir d'énergie. C'est plus ou moins vrai, c'est vrai quant au bilan énergétique, c'est moins vrai quant à son fonctionnement. Nous retiendrons quand même cette image.
On parle de la capacité d'un condensateur, de quoi s'agit-il ?


C'est le rapport entre la quantité d'électricité Q qu'il est susceptible d'emmagasiner et la tension U à ses bornes           Q
C =  ____
          U


Avec :
C en Farad
Q en Coulomb
U en volt
La capacité du condensateur s'exprime en Farad. Le Farad est une grandeur énorme aussi les sous-multiples sont-ils plus fréquemment utilisés
Farad      = 1 
MilliFarad = 10-3 F
MicroFarad = 10-6 F
NanoFarad = 10-9 F
PicoFarad  = 10-12 F
1 F
1 mF
1 µF
1 nF
1 pF
 De quoi dépend la capacité du condensateur ?
- elle est proportionnelle à la surface S des armatures
- elle est inversement proportionnelle à l'épaisseur
e du diélectrique (isolant)
- elle est proportionnelle à la permittivité relative
er également appelée constante diélectrique.
- elle est proportionnelle à la permittivité absolue
eo également appelée constante diélectrique.

                                     1
  
eo      =         ________________
                               36
P 109

er    =  1 pour le vide, +/- 1pour l'air
         
        

       
               er    eo   S  
          C =     __________

                            e
avec:
C en Farad
e en mètre
S en m2
eo  = dépendant du matériau utilisé
eo   =  1/ 36 P 109


Nota : Souvenez-vous ou essayez de vous souvenir de la valeur de  
eo, nous la retrouverons (mais bcp plus tard)

Passons à la pratique :
Nous réalisons le petit montage suivant:

Nous relions un condensateur C à une batterie fournissant 10V. Nous laissons mijoter un peu histoire de bien "charger" notre condensateur.

 

cond2.gif (1277 octets)

Maintenant, nous déconnectons notre batterie et nous mesurons la tension aux bornes de notre condensateur avec un voltmètre ce qui nous donne le montage suivant :

cond3.gif (1345 octets)

Là nous mesurons à peu près notre tension de batterie, mais ne l'oublions pas celle-ci n'est plus connectée. Nous venons de vérifier expérimentalement que notre condensateur a stocké de l'électricité càd des charges positives sur une armature, des charges négatives sur l'autre.
Comme vous êtes attentif et studieux, vous allez m'objecter que dans les propriétés fondamentales du condensateur il avait été écrit que celui-ci ne laissait pas passer le courant continu ! C'est vrai. Tout cela est exact. Notre condensateur s'est chargé, un courant a circulé mais c'est fini, une fois la charge effectuée, il n'y a plus circulation d'électrons, donc pas de courant. Le condensateur va se comporter comme un interrupteur ouvert dans un circuit à courant continu.
Tout ceci nous amène à penser que nous utiliserons des condensateurs quand nous aurons besoin de diriger ou véhiculer des signaux alternatifs d'un point vers un autre ou bien quand nous ressentirons le besoin d'isoler un ensemble ou un composant d'une composante continue indésirable. Ce ne sera pas là la seule utilisation du condensateur mais nous verrons plus loin.
Est-il possible d'associer des condensateurs comme nous l'avons fait pour les résistances ?
Mais très certainement, comme ceci :
Condensateurs en parallèle Condensateurs en série

Association en parallèle

Association en série

Si j'ai 3 réservoirs d'eau intuitivement je comprends qu'en les connectant de la sorte, j'ai augmenté ma capacité aqueuse. Il en va de même avec les condensateurs.
Inversement, si je connecte mes réservoirs comme suit, je me rends compte immédiatement que mon débit d'eau sera limité par le débit du plus petit réservoir.
la capacité résultante aux points A-B sera

Ctotale = C1 + C2 + C3

la capacité résultante aux points A-B sera

                    
          1   
   Ctotale=  ______________
                         1    +  1 +  1
                        ___     ___  ___
                         C1      C2    C3



Voici une calculatrice pour permettant de visualiser simultanément le résultat de la combinaison de deux condensateurs en série et parallèle. Comme il s'agit d'un système rudimentaire, n'additionnez pas des serviettes et des torchons, utilisez la même unité ou faites les

Conception : Denis Auquebon F6CRP