Un condensateur électrique est l'un des éléments du circuit électrique de tout appareil électronique, dont la fonction principale est de stocker de l'énergie puis de la restituer au circuit. L'industrie offre une grande variété de condensateurs, de types, de capacités, de tailles et d'applications différents.
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Le principe de fonctionnement et les caractéristiques des condensateurs
Le dispositif du condensateur est constitué de deux plaques métalliques séparées par une fine couche de diélectrique. Le rapport entre les tailles et la disposition des plaques et la caractéristique du matériau diélectrique détermine l'indice de capacité.
Le développement de la conception de tout type de condensateur vise à obtenir la capacité maximale en fonction des dimensions minimales pour économiser de l'espace sur la carte de circuit imprimé de l'appareil. L'une des formes les plus populaires en apparence est sous la forme d'un tonneau, à l'intérieur duquel des plaques métalliques sont torsadées avec un diélectrique entre elles.Le premier condensateur, inventé dans la ville de Leiden (Pays-Bas) en 1745, s'appelait le "pot de Leiden".
Le principe de fonctionnement du composant est la capacité de charge et de décharge. La charge est possible grâce à la présence des plaques à faible distance les unes des autres. Les charges voisines, séparées par un diélectrique, sont attirées les unes vers les autres et s'attardent sur les plaques, et le condensateur lui-même stocke ainsi de l'énergie. Après déconnexion de la source d'alimentation, le composant est prêt pour le retour d'énergie dans le circuit, la décharge.
Paramètres et propriétés qui déterminent la performance, la qualité et la durabilité du travail :
- capacité électrique ;
- capacité spécifique;
- écart admissible ;
- force électrique ;
- propre inductance ;
- absorption diélectrique;
- pertes;
- la stabilité;
- fiabilité.
La capacité à stocker la charge détermine la capacité d'un condensateur. Lors du calcul de la capacité, vous devez savoir :
- zone de couverture ;
- distance entre les plaques ;
- constante diélectrique du matériau diélectrique.
Pour augmenter la capacité, il est nécessaire d'augmenter la surface des plaques, de réduire la distance entre elles et d'utiliser un diélectrique dont le matériau a une constante diélectrique élevée.
Farad (F) est utilisé pour désigner la capacité - une unité de mesure qui tire son nom en l'honneur du physicien anglais Michael Faraday. Cependant, 1 Farad est trop grand. Par exemple, la capacité de notre planète est inférieure à 1 farad. En radioélectronique, des valeurs plus petites sont utilisées : microfarad (µF, un millionième de farad) et picofarad (pF, un millionième de microfarad).
La capacité spécifique est calculée à partir du rapport de la capacité à la masse (volume) du diélectrique.Cet indicateur est influencé par les dimensions géométriques et une augmentation de la capacité spécifique est obtenue en réduisant le volume du diélectrique, mais cela augmente le risque de panne.
L'écart admissible de la valeur passeport de la capacité par rapport à la valeur réelle détermine la classe de précision. Selon GOST, il existe 5 classes de précision qui déterminent l'utilisation future. Des composants de la classe de précision la plus élevée sont utilisés dans les circuits à haute responsabilité.
La rigidité diélectrique détermine la capacité à maintenir une charge et à maintenir les propriétés de fonctionnement. Les charges restant sur les plaques tendent les unes vers les autres, agissant sur le diélectrique. La rigidité électrique est une propriété importante d'un condensateur, qui détermine la durée de son utilisation. En cas de mauvais fonctionnement, une panne du diélectrique se produira et le composant tombera en panne.
L'auto-inductance est prise en compte dans les circuits alternatifs avec inductances. Pour les circuits à courant continu, il n'est pas pris en compte.
Absorption diélectrique - l'apparition de tension sur les plaques lors d'une décharge rapide. Le phénomène d'absorption est pris en compte pour le fonctionnement en toute sécurité des appareils électriques à haute tension, puisque en cas de court-circuit, il y a danger de mort.
Les pertes sont dues à la faible transmission de courant du diélectrique. Lors de l'utilisation de composants d'appareils électroniques dans différentes conditions de température et d'humidité, le facteur de qualité des pertes a une influence. Elle est également affectée par la fréquence de fonctionnement. Aux basses fréquences, les pertes dans le diélectrique affectent, aux hautes fréquences - dans le métal.
La stabilité est un paramètre du condensateur qui est également affecté par la température ambiante.Ses effets sont divisés en réversibles, caractérisés par un coefficient de température, et irréversibles, caractérisés par un coefficient d'instabilité de température.
La fiabilité du condensateur dépend principalement des conditions de fonctionnement. L'analyse des pannes suggère que dans 80% des cas la panne est la cause de la panne.
Selon le but, le type et le domaine d'application, les tailles des condensateurs diffèrent également. Les plus petits et les plus petits, dont la taille varie de quelques millimètres à plusieurs centimètres, sont utilisés en électronique, tandis que les plus gros sont utilisés dans l'industrie.
Objectif
La propriété de stocker et de libérer de l'énergie a déterminé l'utilisation généralisée des condensateurs dans l'électronique moderne. Avec les résistances et les transistors, ils constituent la base de l'électrotechnique. Il n'y a pas un seul appareil moderne où ils ne seraient pas utilisés dans une certaine mesure.
Leur capacité de charge et de décharge, associée à une inductance ayant les mêmes propriétés, est activement utilisée dans la technologie de la radio et de la télévision. Un circuit oscillant d'un condensateur et d'une inductance est la base pour transmettre et recevoir des signaux. Changer la capacité du condensateur vous permet de changer la fréquence du circuit oscillant. Par exemple, les stations de radio peuvent émettre sur leurs propres fréquences et les radios peuvent se connecter à ces fréquences.
Une fonction importante est le lissage des ondulations CA. Tout appareil électronique alimenté en courant alternatif a besoin de condensateurs électriques filtrants pour produire un courant continu de bonne qualité.
Le mécanisme de charge et de décharge est activement utilisé dans les équipements photographiques.Tous les appareils photo modernes utilisent un flash pour la prise de vue, ce qui est réalisé grâce à la propriété de décharge rapide. Dans ce domaine, il n'est pas rentable d'utiliser des batteries qui peuvent bien stocker l'énergie, mais la restituer lentement. Et les condensateurs, au contraire, libèrent instantanément toute l'énergie stockée, ce qui est suffisant pour un flash lumineux.
La capacité de générer des impulsions de haute puissance par des condensateurs est utilisée dans les radars et la création de lasers.
Les condensateurs jouent le rôle de contacts d'extinction d'étincelles dans la télégraphie et la téléphonie, ainsi que dans la télémécanique et l'automatisation, où la commutation de relais fortement chargés est nécessaire.
La régulation de la tension des longues lignes électriques est réalisée grâce à l'utilisation de réservoirs de compensation.
Les condensateurs modernes, en raison de leurs capacités, ne sont pas utilisés uniquement dans le domaine de l'électronique radio. Ils sont utilisés dans la métallurgie, l'exploitation minière, l'industrie du charbon.
Principales variétés
En raison de la variété des applications et des conditions de fonctionnement des appareils électroniques, il existe une grande variété de composants qui diffèrent par leurs types et leurs caractéristiques. La division principale est par classe et par le type de diélectrique utilisé.
Types de condensateurs, divisés par classe :
- à capacité constante ;
- à capacité variable;
- réglage.
Des composants à capacité constante sont utilisés dans chaque appareil électronique.
Pour modifier la capacité et les paramètres du circuit, par exemple la fréquence dans les circuits oscillants, des condensateurs à capacité variable sont utilisés.Dans leur appareil, ils disposent de plusieurs sections de plaques métalliques mobiles, ce qui assure la pérennité de leur travail.
Les condensateurs ajustables sont utilisés pour un réglage unique de l'équipement. Ils sont disponibles dans différentes capacités nominales (de quelques picofarads à plusieurs centaines de picofarads) et sont conçus pour des tensions allant jusqu'à 60 volts. Sans leur utilisation, il est impossible d'affiner l'équipement.
Types de condensateurs, divisés par le type de diélectrique :
- avec diélectrique céramique;
- avec film diélectrique;
- électrolytique;
- ionistes.
Ceux en céramique sont fabriqués sous la forme d'une petite plaque de matériau céramique, sur laquelle des fils métalliques sont pulvérisés. Ces condensateurs ont des propriétés différentes et sont utilisés à la fois pour les circuits haute tension et basse tension.
Pour les circuits basse tension, on utilise le plus souvent des composants multicouches de petite taille dans des boîtiers en résine époxy ou en plastique d'une capacité allant de dizaines de picofarads à des unités de microfarads. Ils sont utilisés dans les circuits haute fréquence des équipements radioélectroniques et peuvent fonctionner dans des conditions climatiques sévères.
Pour les circuits haute tension, des condensateurs céramiques plus grands sont fabriqués avec des capacités allant de dizaines de picofarads à des milliers de picofarads. Ils sont utilisés dans les circuits d'impulsion et les équipements de conversion de tension.
Le film diélectrique est de différents types. Le plus commun d'entre eux est le lavsan, qui a une résistance élevée. Moins courant est le diélectrique en polypropylène, qui présente des pertes plus faibles et est utilisé dans les circuits haute tension, tels que les circuits d'amplification du son et les circuits à moyenne fréquence.
Un type distinct de condensateurs à film démarre, qui sont utilisés au moment du démarrage des moteurs et, en raison de leur capacité élevée et de leur matériau diélectrique spécial, réduisent la charge sur le moteur électrique. Ils se caractérisent par une tension de fonctionnement et une puissance électrique réactive élevées.
Les condensateurs électrolytiques sont fabriqués dans un design classique. Le corps est en aluminium, à l'intérieur se trouvent des plaques de métal roulées. L'oxyde métallique est déposé chimiquement sur une plaque et un électrolyte liquide ou solide est déposé sur la seconde, formant un diélectrique. Grâce à un tel dispositif, les condensateurs électrolytiques ont une grande capacité, mais la particularité de leur utilisation dans le temps est son évolution.
Contrairement aux condensateurs céramiques et à film, les condensateurs électrolytiques ont une polarité. Ils sont à leur tour divisés en non polaires, dépourvus de cet inconvénient, radiaux, miniatures, axiaux. Le champ d'application de leur application est l'informatique traditionnelle et la technologie moderne des micro-ordinateurs.
Un type spécial qui est apparu relativement récemment sont les ionistors. Dans leur conception, ils ressemblent aux condensateurs électrolytiques, mais ils se distinguent par une grande capacité (jusqu'à des unités de Farad). Cependant, leur utilisation est limitée à une petite tension maximale de quelques volts. Les supercondensateurs sont utilisés pour stocker de la mémoire : si la batterie d'un téléphone portable ou d'un ordinateur miniature s'épuise, les informations stockées ne seront pas irrémédiablement perdues.
En plus des composants de la version de sortie, qui sont apparus il y a longtemps et qui étaient traditionnellement utilisés, des composants modernes sont produits dans la version SMD, ou, comme on l'appelle aussi, pour le montage en surface. Par exemple, la céramique peut être produite dans différentes tailles de boîtiers, du plus petit (1 mm sur 0,5 mm) au plus grand (5,7 mm sur 5 mm), et avec des tensions correspondantes allant de dizaines de volts à des centaines.
Les condensateurs électrolytiques peuvent également être produits dans des boîtiers à montage en surface. Il peut s'agir de condensateurs électrolytiques en aluminium standard ou de condensateurs au tantale, qui ressemblent un peu à des condensateurs en céramique, mais qui en diffèrent par une capacité plus élevée et de faibles pertes. Ils peuvent être à la fois épinglés et non épinglés SMD.
Une caractéristique des condensateurs au tantale est une longue durée de vie et des pertes minimales avec une limite de capacité légèrement inférieure, mais en même temps, ils se distinguent par un prix élevé. Ils sont utilisés dans les circuits à haute responsabilité où une capacité élevée est requise.
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