Découvrez le rôle vital des condensateurs dans les circuits électroniques : découvrez leurs variétés, leurs applications et leur importance dans la gestion de l'énergie.
Condensateur - Définitions et aperçu
Le condensateur est l'un des équipements passifs les plus importants capables de stocker des énergies électriques. C'est un appareil à deux terminaux. Capacitance est connu comme l'effet du condensateur.
Les formes anciennes de condensateur ont été innovées dans les années 1704. Une expérience européenne à l'époque a découvert que la charge électrique pouvait être réservée dans un verre rempli d'eau. Plus tard en 1745, Ewald Georg d'Allemagne a découvert que les générateurs électrostatiques haute tension connectés en série pouvaient stocker la quantité. Auparavant, les condensateurs étaient appelés condensateurs ou condensateurs. Alessandro Volta a inventé le terme en 1782. Le terme condensateur est apparu en 1926.
Il existe de nombreux types de condensateurs. Les condensateurs comportent au moins deux conducteurs sous la forme d'une surface plane métallique séparée par un matériau diélectrique. Le conducteur peut être un électrolyte, une feuille, un film mince, etc. le non-conducteur est la substance diélectrique, augmentant la capacité de charge du condensateur. Des matériaux tels que l'air, le film plastique, le papier, le mica, la céramique sont utilisés comme diélectrique pour le condensateur.
Lorsqu'une tension externe est appliquée aux bornes d'un condensateur, un champ électrique est produit à travers le matériau diélectrique. Ainsi, une charge positive est collectée sur une plaque et une quantité négative est collectée sur une autre échelle. Les condensateurs sont utilisés dans presque tous les circuits électriques et électroniques. La différence entre une résistance et un condensateur est qu'une résistance dissipe l'énergie, contrairement à un condensateur idéal.
Théorie de fonctionnement
Comme mentionné précédemment, un condensateur comporte deux conducteurs séparés par un milieu diélectrique. Un condensateur fonctionne sur le principe de la loi de Coulomb. La loi de Coulomb stipule que -
Ainsi, une charge sur un conducteur générera la force sur le support de l'autre conducteur, qui attirera en outre des charges de polarité opposée et ondulera le même type de charges. C'est ainsi qu'une charge de polarité opposée est induite sur la surface de l'autre conducteur.
Les deux conducteurs détiennent une quantité égale de charges et le matériau diélectrique développe le champ électrique.
Capacité et unités de capacité:
La capacité d'un condensateur standard est définie comme le rapport de la charge au conducteur à la tension des conducteurs.
C = Q/V
C est la capacité, Q est la charge sur la surface de chaque conducteur et V est la tension entre deux conducteurs.
L'unité SI de capacité est donnée par - Farad (F).
Une capacité de Farad est définie comme la quantité de capacité qu'un condensateur peut générer si un coulomb de charge est appliqué à chaque conducteur ayant un volt de tension.
Dans les appareils pratiques, la capacité est donnée par –
C = dQ / dV
* La plupart des condensateurs disponibles sur le marché ont une capacité de micro-farad.
Un condensateur peut se comporter différemment à des moments différents s'il est placé dans un circuit électrique actif. Son comportement peut être caractérisé par une longue limite de temps et une courte limite de temps.
L'équivalence longue durée d'un condensateur agit comme une configuration de circuit ouvert (aucun courant ne passe).
L'équivalent de courte durée des condensateurs agit comme une configuration de court-circuit.
V (t) = Q (t) / C = (1 / C) * [∫t0t I (τ) dτ] + V (t0)
Prenant les dérivés, nous obtenons -
I (t) = dQ (t) / dt = C * [dV (t) / dt]
Symbole du condensateur
Il existe différents types de condensateurs disponibles. Différents types de symboles sont également là pour les représenter. Certains d'entre eux sont représentés ci-dessous à l'aide des schémas. Ils sont très utiles pour décrire le circuit.
Un condensateur dans un circuit CC
Parlons d'un circuit CC où un condensateur et une résistance sont maintenus en série avec une source de tension constante - V0.
Supposons que le condensateur était auparavant déchargé et que l'interrupteur ouvert est fermé au temps t0.
De la loi de tension de Kirchhoff, nous pouvons écrire -
Vo = VR (t) + VC (T)
VR (t) est la tension aux bornes de la résistance 'R' à l'instant 't' et VC (t) est la tension mesurée aux bornes du condensateur du circuit à l'instant t.
Vo = i (t) * R + (1 / C) * [∫t0 t I (τ) dτ]
En prenant un dérivé des deux côtés, nous obtenons -
RC * [di (t) / dt] + i (t) = 0
Au temps t, disons qu'il est nul. La tension de la résistance est Vo et celle du condensateur est nulle.
À ce moment-là, le courant serait - Io = Vo / R. Résolution des équations différentielles -
I (t) = (Vo / R) * e (-t / 0)
V (t) = Vo (1 - e (-t / 0))
τ0 = RC.
Il se réfère à la «constante de temps» du circuit.
Un condensateur dans un circuit CA
Dans un circuit CA, le condensateur produit une impédance, qui est la somme vectorielle de la résistance et de la réactance. Les impédances et la réactance du condensateur sont données par les expressions suivantes.
Réactance = X = - 1 / ωC = - 1 / 2πfC
Impédance = Z = 1 / jωC = - j / ωC = -j / 2πfC
Ici ω est le fréquence angulaire; j est l'unité imaginaire.
L'impédance dépend inversement de la capacité. L'augmentation de la capacité et de la fréquence entraîne une diminution de l'impédance et vice-versa.
Facteur Q:
Le facteur Q ou facteur de qualité d'un condensateur est défini comme le rapport de la réactance à sa résistance. Le facteur q est une mesure de l'efficacité. La formule peut s'écrire -
Q = Xc / R = 1 / CR
ω est la fréquence angulaire, C est la capacité du condensateur, Xc est la réactance et R est la résistance équivalente.
Condensateur en série
Le diagramme représente les condensateurs dans la connexion en série. Cela montre que la distance de séparation est additionnée au lieu de la surface de la plaque. La série de la capacité agit comme un condensateur moins que n'importe lequel de ses composants.
La capacité équivalente de la connexion donnée, est -
1 / Ceq = 1 / Ci = 1 / C1 + 1/C2 +… + 1 / Cn
Condensateurs en parallèle
Le diagramme représente les condensateurs en parallèle. Une quantité égale de tension est appliquée à chaque condensateur. Ici, les capacités des condensateurs sont additionnées. La connexion de la capacité agit comme un additionneur.
La capacité équivalente est -
Ceq = Ci = C1 + 2 +… + Cn
Types de condensateurs
Il existe un nombre énorme de types de condensateurs, disponibles sur le marché en fonction de nombreux paramètres de classification. Le type de matériau diélectrique, l'emballage de l'appareil et la structure des plaques sont quelques-uns des facteurs déterminants pour classer les types de condensateurs.
Matériau diélectrique
Presque tous les types de condensateurs ont une substance diélectrique. Des substances diélectriques sont placées entre deux conducteurs, la capacité de charge peut être augmentée. Il est préférable d'avoir un matériau à haute permittivité ou une tension de claquage élevée comme substance diélectrique.
Il existe différents matériaux diélectriques disponibles comme le papier, le plastique, le mica, la céramique, le verre, l'air, etc.
Sur la base de matériaux diélectriques, certains types de condensateurs sont -
Il existe également d'autres types, certains types de condensateurs sont :
- Condensateur dépendant de la tension
- Condensateur dépendant de la fréquence
- Condensateur à plaques parallèles
- Condensateur de découplage
Applications des condensateurs
Les condensateurs sont l'un des dispositifs essentiels requis pour presque tous les circuits électriques. Il a de nombreuses applications dans divers domaines. Certains des plus importants sont -
Stockage d'énergie
Un condensateur a la propriété de charger et de décharger. Il peut stocker de l'énergie lorsqu'il est déconnecté de la source de charge. En utilisant cette propriété, les condensateurs peuvent être utilisés comme batterie ou batterie rechargeable.
Les super-condensateurs peuvent accepter et fournir des charges plus rapidement que les batteries classiques et tolérer un nombre plus important de cycles de charge et de décharge qu'une batterie rechargeable standard. Mais c'est plus étendu.
La quantité de charge stockée dans la couche diélectrique est égale ou supérieure à la charge stockée dans une plaque de condensateur.
Puissance pulsée
Les condensateurs sont utilisés dans les applications à puissance pulsée. On utilise ici principalement des groupes de gros condensateurs à haute tension et à faible inductance principalement construits.
Des bancs de condensateurs sont également utilisés dans les alimentations pour produire des sorties lisses dans un redresseur demi-onde ou pleine onde. Les condensateurs de réservoir peuvent être utilisés pour charger les circuits de pompe.
Usage industriel
Cela permet de dériver et de masquer les fluctuations de courant de la source principale pour assurer une alimentation électrique propre pour les circuits de commande. Les circuits audio utilisent également plusieurs condensateurs.
Couplage et découplage du signal
Les condensateurs transmettent le signal CA mais bloquent les signaux CC. C'est pourquoi les condensateurs sont utilisés pour séparer les circuits CA. Le processus est reconnu comme - couplage AC ou «couplage capacitif».
Un condensateur de découplage protège une zone du circuit de l'autre. Ils sont utilisés dans les masses d'alimentation. Ceux-ci sont également connus comme un condensateur de dérivation. Les condensateurs de découplage ont des applications dans la polarisation des transistors.
Mémoire
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Bonjour, je m'appelle Sudipta Roy. J'ai fait un B. Tech en électronique. Je suis un passionné d'électronique et je me consacre actuellement au domaine de l'électronique et des communications. J'ai un vif intérêt pour l'exploration des technologies modernes telles que l'IA et l'apprentissage automatique. Mes écrits sont consacrés à fournir des données précises et mises à jour à tous les apprenants. Aider quelqu'un à acquérir des connaissances me procure un immense plaisir.
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