Condensateur : Cours et exercices corrigés

Condensateur : Cours et exercices corrigés

Un condensateur est un composant constitué par 2 conducteurs parallèles, appelés armatures séparés sur toute l’étendue de leur surface par un milieu isolant de faible épaisseur, exprimé par sa rigidité diélectrique εr (epsilon) ou permittivité relative.

Symbole des condensateurs

Principe des condensateurs :

A la fermeture de S, la tension aux bornes du générateur UAB se transmet aux deux armatures. Pour obtenir le déséquilibre électronique sur les armatures, des charges doivent se déplacer, un courant I circule pendant la charge du condensateur.

Le diélectrique n’ayant, par définition, pas d’électrons libres, ceux qui composent le courant I sont soustraits à l’une des armatures du condensateur et viennent s’accumuler sur l’autre. L’une des armatures devient positive et l’autre négative.

La différence de potentiel (ddp) engendrée entre les armatures provoque un champ électrique E dans le diélectrique.

En fonction du temps, une grande quantité de charges va circuler d’une armature à l’autre et diminuer en fonction de la charge accumulée.

Capacité d’un condensateur

La Capacité d’un condensateur C est égale à C= Q/U

C est numériquement égal à la charge accumulée par le condensateur sous une tension de 1V.

si C est grand : le condensateur accumule une forte charge sous 1 V.
si C est petit : le condensateur n’accumule qu’une faible charge sous 1 V.

Unité pour C

Elle s’exprime en « farad » (F): si Q = 1 C et U = 1 V, alors C = 1 F

Une capacité de 1 F étant extrêmement grande, on utilise les sous-multiples du farad :

Le microfarad : 1 uF = 10^-6 F
Le nanofarad : 1 nF = 10^-9 F
Le picofarad : 1 pF = 10^-12 F

Couplages des condensateurs – associations de condensateurs

Association parallèle (somme des charges)

L’association en parallèle induit une augmentation de la surface des armatures donc :

QP = Q1 + Q2 ⇒ CP.U = C1.U + C2.U

Loi : La capacité équivalente pour N condensateurs en parallèle est égale à la somme des capacités.

CP = C1 + C2 + … + CN

L’association en parallèle permet d’augmenter la capacité

Association série (somme des tensions)

Dans une association série, la charge stockée Q est identique pour tous les condensateurs.

On a : U = U1 + U2 ⇒ Q/CS = Q/C1 + Q/C2

Loi : L’inverse de la capacité équivalente pour N condensateurs en parallèle est égal à la somme des inverses des capacités.

1/CS = 1/C1 + 1/C2 + … + 1/CN

L’association en série permet d’augmenter la tension d’utilisation.

Applications des condensateurs

Un condensateur peut être utilisé pour de nombreuses applications :

Alimentations continues.
Protection des transistors, aide à la commutation des transistors.
Découplage des circuits intégrés (suppression des parasites sur l’alimentation d’un circuit intégré).
Filtres basses fréquences (élimination de fréquences d’un signal).
Impulsions, retarder l’évolution d’une tension.
Circuits hautes fréquences.

Critères de choix d’un condensateur :

Sa valeur : permet de savoir si le condensateur va être polarisé ou non,
Sa technologie : dépend de sa valeur et de son application (se référer au catalogue de vente de composants électroniques ou les sites Internet dédiés à la vente des composants électroniques).
Sa tension nominale : c’est la tension continue maximale que peut supporter le condensateur à ses bornes. Le choix de la tension nominale se fait en fonction de l’application (il faut déterminer la tension maximale qui est appliquée aux bornes du condensateur dans l’application étudiée).