Condensateur de filtre : 23 faits importants à connaître

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Qu'est-ce qu'un condensateur de filtrage ?

L'impédance du condensateur peut être définie en fonction de la fréquence car le condensateur est un élément réactif, il est adapté pour l'utiliser comme filtre électronique analogique.

Un condensateur de filtrage est un filtre passif constitué de l'élément passif. Les effets de condensateur de tout signal dépendent de la fréquence. Cette caractéristique de condensateur est utilisée pour concevoir des filtres capables de filtrer une plage de fréquences spécifique de signaux selon les besoins.

Image du condensateur de filtrage

Condensateurs
Crédit image: "Condensateurs" by Oskay sous est autorisé CC BY 2.0

Fonctionnement du condensateur de filtrage

Le condensateur est un élément de circuit réactif ; son impédance et sa résistance varieront avec le signal de fréquence qui la traverse.

Le fonctionnement du filtre-condensateur est basé sur le principe fondamental de la réactance capacitive. La valeur de la réactance capacitive change avec la fréquence appliquée au condensateur pour que le condensateur de signal de fréquence inférieure offre une résistance plus élevée, et le condensateur de signal de fréquence plus élevée offre une faible résistance. Le condensateur essaie toujours de maintenir la capacité du condensateur, donc le condensateur essaiera de résister au petit flux de courant dans le circuit crée une impédance du condensateur.

Remplacement du condensateur du filtre

Le filtre-condensateur peut être remplacé par un condensateur actif, un circuit de filtre à inducteur, des circuits FET, etc.

Filtrer les types de condensateurs

Le condensateur-filtre peut être classé comme suit en tant que types de base :

  • Condensateur-filtre passe-bas
  • Condensateur-filtre passe-haut
  • Filtre à condensateur passe-bande
  • Coupe-bande / Filtre-condensateur à réjection de bande

Formule de condensateur de filtrage

Comme nous l'avons appris, il existe une relation entre la réactance capacitive du condensateur (Xc) avec la fréquence et la capacité du signal d'entrée du condensateur.

Xc=1/ (2πfC)

Ainsi, la réactance capacitive (Xc) du condensateur de filtrage est inversement proportionnel à la fréquence (f) du signal. 

Circuit de condensateur de filtre

un condensateur de filtrage
Fig. Un circuit filtre-condensateur de base.

Applications de condensateur de filtrage

Le filtre-condensateur est utilisé dans diverses applications telles que :

  • Bloquez la composante CC ou CA du signal.
  • Contournez la partie CC ou CA du signal.
  • Applications de filtre haute tension.
  • Pour limiter la bande de fréquence.
  • Pour supprimer les bruits indésirables du circuit.
  • Pour supprimer les interférences dans les circuits.
  • Il est utilisé pour supprimer le bruit radio.

Circuit de condensateur de filtrage pour bloquer le courant continu et passer le courant alternatif

Lorsqu'un condensateur est connecté à une série avec la source CC dans un état complètement déchargé, le courant circulera jusqu'à ce que le condensateur soit complètement chargé. À ce stade, la tension du condensateur est égale à la tension appliquée, et à ce stade, le condensateur est saturé maintenant aucun courant ne peut le traverser, donc le condensateur se comportera comme un circuit ouvert. Comme nous le savons, le courant continu e est généralement une valeur constante, c'est-à-dire qu'il a une fréquence de 0 Hz. Comme le condensateur offre une résistance élevée vers les basses fréquences, lorsque le condensateur est connecté en série avec la source CC, il bloquera tous les composants CC du signal et laissera le CA le traverser.

Calcul du condensateur de filtrage DC

Comme nous le savons, le signal continu est généralement une valeur constante, c'est-à-dire qu'il a une fréquence de 0 Hz.

Maintenant Xc=1/ (2πcf) comme f=0

Xc= ∞

Ainsi, pour l'entrée CC, le condensateur fournit résistance infinie, donc je = V/Xc

 Quant à la valeur de Xc= ∞, la valeur de I=0.

Condensateur de filtre dans le redresseur

La sortie du redresseur est de nature pulsée, ce qui le rend approprié pour l'alimentation en courant continu dans le circuit électronique, de sorte que le condensateur est connecté à travers la charge. Le condensateur-filtre aide à réduire le comportement pulsatoire de la sortie du redresseur.

  Dans un circuit demi-redresseur, une diode idéale dans la source de tension est une source CA avec un signal sinusoïdal dans la moitié positive du signal. La diode est en polarisation directe, donc la diode est polarisée en direct et le condensateur s'est chargé. Dans la moitié négative du signal, la diode est en polarisation inverse, donc aucun courant ne traverse la diode, et le condensateur chargé se déchargera à travers la résistance de charge, c'est ainsi que le condensateur de filtrage réduit la nature pulsée de la sortie du redresseur.

Pour éviter que la tension de sortie ne diminue trop pendant la décharge du condensateur, sélectionnez un condensateur avec une valeur telle que la constante de temps soit bien supérieure à l'intervalle de décharge. Le filtre-condensateur est connecté en parallèle avec la charge, ce circuit de filtrage est donc également connu sous le nom de condensateur shunt-filtre. Un condensateur est de la plus grande valeur connecté à travers l'impédance de charge.

Condensateur de filtre pour pont redresseur

A pont redresseur convertit le courant alternatif en courant continu en utilisant quatre diodes identiques à celles du demi-pont redresseur. La sortie est de nature pulsée, donc un condensateur est connecté aux bornes de la charge pour créer une forme CC plus pure. Le fonctionnement est le même que celui du circuit de filtre demi-redresseur. Le principal avantage d'une onde complète pont redresseur est que sa sortie a un comportement moins pulsé que celui du redresseur demi-onde, de sorte que la taille du condensateur dans le circuit de filtre en pont peut être plus petite que celle du condensateur-filtre demi-onde.

Calcul de la valeur du condensateur de filtrage

Comment calculer la valeur du condensateur de filtrage dans l'alimentation ?

La relation entre la capacité du condensateur (C) avec le changement (Q) et la tension (V) aux bornes du condensateur est définie comme C=VQ

La relation entre la charge et le courant est Q= informatique

Comme nous savons que le temps est inversement proportionnel au temps T=1/f

Pour les équations ci-dessus, on obtient C=I/(VF)

Condensateur de filtre passe-bas

Le filtre passe-bas ne laisse passer que le signal de fréquence, qui est inférieur à celui de la fréquence de coupure du filtre. Pour ce filtre passe-bas, la relation entre la résistance du condensateur et la fréquence de coupure est

fc = 1/(2πRC)

La résistance dans le circuit est indépendante de la variation de la fréquence appliquée, mais le condensateur est sensible aux changements de la fréquence du signal d'entrée.

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Fig. Schéma du premier ordre passe-bas circuit filtre-condensateur.

Lorsque la fréquence du signal d'entrée est faible, l'impédance du condensateur est supérieure à l'impédance du résistance à la tension d'entrée tomber à travers le condensateur. Pourtant, lorsque la fréquence du signal d'entrée est élevée, l'impédance du condensateur est inférieure à celle du la résistance fait plus de chute de tension à travers la résistance. La basse fréquence est transmise et la haute fréquence est bloquée.

 Dans un filtre passe-bas, les fréquences inférieures à la fréquence de coupure sont appelées bande passante, et la fréquence au-dessus de la fréquence de coupure est appelée bande d'arrêt.

Les filtres passe-bas sont utilisés pour

  • Pour réduire le bruit électrique
  • Pour limiter la bande passante du signal
  • Pour réduire les interférences

Le gain du filtre passe-bas en amplitude peut être calculé par

Gain du filtre = 20log (Vout/Vin)

Vout-> tension de sortie du filtre

Vin-> tension d'entrée du filtre

Type de condensateur de filtre passe-bas

Il peut être de deux types :

  • Filtre-condensateur de premier ordre
  • Filtre-condensateur de second ordre

Le circuit de filtre passe-bas ci-dessus n'a qu'un seul condensateur de composant réactif, appelé un filtre d'interrogation ou filtre de premier ordre.

In le second ordre du filtre passe-bas, il doit à l'élément réactif qui est condensateur dans son circuit la conception est utile lorsque le signal ne fournit pas une large bande entre les composants de fréquence souhaités et indésirables.

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Fig. Schéma du filtre passe-bas du second ordre.

Condensateur de filtre de dérivation

Ici, une extrémité du condensateur est reliée à l'alimentation et l'autre est reliée directement à la terre. Ce condensateur permet de réduire l'effet des pics de tension ou de tout composant CA de l'alimentation ; il court-circuite le signal CA à la terre et réduit le bruit CA pour produire un signal CC très clair.

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Fig. Schéma du condensateur du filtre de dérivation.

La condensateur dans ce circuit doit avoir au moins un dixième de résistance que celle de la résistance Re. Comme nous le savons, le courant électrique choisit le chemin avec une faible résistance au suivi s'il a plusieurs chemins parmi lesquels choisir; le condensateur offre une grande résistance aux basses fréquences, de sorte que seule la composante alternative du signal le traverse. La composante continue du signal d'entrée passera par la résistance Re.

Condensateur de filtre haute fréquence

Un filtre passe-haut est un filtre qui bloque les basses fréquences et laisse passer le signal de fréquence plus élevée ici. La fréquence inférieure à la fréquence de coupure est bloquée, et la fréquence supérieure à la fréquence de coupure autorisée à traverser ce filtre est également appelée filtre coupe-bas. Un condensateur est connecté en série avec l'alimentation d'entrée ; la résistance est reliée en parallèle.

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Fig. Circuit condensateur-filtre passe-haut de premier ordre.

 Comme on le sait, lorsque la fréquence du signal d'entrée est faible, l'impédance du condensateur est plus élevée car le condensateur est en série avec l'alimentation par laquelle seul un signal haute fréquence peut le faire passer.

Le circuit ci-dessus est un filtre à condensateur passe-haut de premier ordre car il n'y a qu'un seul élément réactif dans ce circuit.

La condensateur-filtre passe-haut de second ordre et le filtre de condensateur passe-haut de premier ordre sont montés en cascade pour former un filtre de condensateur passe-haut de second ordre.

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Fig. Schéma du condensateur-filtre passe-haut du second ordre.

Condensateur de filtre à 3 bornes

Les condensateurs-filtres à trois bornes se composent d'un condensateur à trois bornes, qui présente une impédance plus négligeable que les condensateurs à deux bornes. Ce qui lui permet de réduire l'impédance dans la bande de fréquence plus élevée avec un nombre moindre d'éléments réactifs, il a un grand effet de suppression du bruit, ceux-ci sont utilisés dans les lignes électriques de circuit, les smartphones, les téléviseurs LED, etc.

Condensateur de filtre harmonique

Le filtre harmonique peut être conçu d'éléments réactifs en série ou en parallèle pour bloquer ou shunter les courants harmoniques. Ils peuvent être disponibles en plusieurs formes et tailles. Pourtant, lorsque ce condensateur est connecté en parallèle avec l'alimentation, il aide à réduire le courant et la tension harmoniques dans les circuits.

Le condensateur requis dans le filtre harmonique doit accepter l'amplitude donnée de divers ordres de courant harmonique. Un courant harmonique peut être une onde non sinusoïdale car le condensateur est très sensible à la valeur de tension élevée. Le condensateur est utilisé dans le filtre harmonique dans des plages spécifiques en fonction du condensateur utilisé. Un filtre harmonique est formé d'une batterie de condensateurs, principalement un groupe de condensateurs de même calibre. Ce filtre convertit le courant harmonique en chaleur pour en protéger la charge.

Condensateur de filtre de traversée

Le condensateur-filtre de traversée est un condensateur à trois bornes dont l'impédance de mise à la terre a un effet faible et faible sur l'impédance du fil. Il est spécialement conçu pour des performances plus efficaces dans le circuit de filtrage.

 Le condensateur ordinaire n'est pas très bon pour l'application de filtre car ils ont une impédance élevée qui est indésirable et peut affecter l'efficacité du circuit de filtrage Le condensateur de filtre de traversée a une petite valeur de capacité de dérivation. Ce condensateur est utilisé dans les lignes d'alimentation CA et CC pour réduire les interférences nuisibles.

Le condensateur-filtre de traversée a un effet filtrant proche de celui d'un condensateur idéal. Le condensateur a été initialement conçu pour les lignes électriques CC dans le système RF, bloquant l'énergie RF et laissant passer les signaux CC.

Condensateur de filtre de ligne

Le condensateur de filtre de ligne est un condensateur utilisé pour supprimer le bruit électrique généré par l'alimentation.

 L'alimentation peut subir diverses perturbations, notamment des surtensions transitoires et des fluctuations de sa tension d'alimentation. Pour réduire l'effet d'un tel bruit, les condensateurs de filtre de ligne utilisent des condensateurs de filtre de ligne qui peuvent supporter des fluctuations ou des transitoires pendant une période plus longue sans tomber dedans..

Le condensateur du filtre de ligne est utilisé pour

  • garder les transitoires de ligne potentiellement dommageables
  • Pour réduire les perturbations de ligne produites par la source
  • Pour réduire le bruit généré par le circuit

 Il existe deux topologies utilisées dans le filtre de ligne : l'une est un condensateur X et l'autre est un condensateur Y.

 In X Condensateur, ici le condensateur est connecté aux bornes de la ligne d'alimentation Le condensateur X est utilisé là où le cellulaire ne pourrait pas conduire à un choc électrique. Il a éliminé le bruit électrique provenant de l'alimentation et l'a utilisé dans des applications à haute fréquence. La capacité du condensateur X peut aller de 1 microF à 10 MicroF.

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Fig. Schéma du condensateur X connecté à l'alimentation.

condensateur Y,  dans cette topologie, des condensateurs sont connectés entre la tension d'alimentation et le châssis de la liste des appareils des collèges utilisés pour une application pouvant entraîner un choc électrique. La plage de ce condensateur peut aller de 0.001 micro F à 1 micro F.

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Fig. Schéma du condensateur du filtre Y.

Condensateur de filtre dans un circuit d'alimentation

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Fig. Schéma du condensateur X connecté à l'alimentation.

Condensateur de filtre d'alternateur

Les enroulements du stator de l'alternateur génèrent le courant alternatif triphasé. Il n'y a pas beaucoup de tension d'ondulation pour produire du bruit radio. Une diode convertit le courant alternatif en courant continu, et si une diode de l'alternateur tombe en panne, la tension d'ondulation augmentera ou du bruit peut être causé par ceux qui ont des connexions électriques. Néanmoins, un filtre-condensateur peut être utilisé pour minimiser le bruit dans le circuit. Le condensateur-filtre peut soit bloquer la tension alternative indésirable, soit contourner la tension alternative indésirable vers la source.

Condensateur de filtre électrolytique

An Condensateur électrolytique est un condensateur dont la plaque positive est en métal et recouverte d'une couche d'oxyde isolante sur le métal. Ce condensateur utilise un électrolyte pour avoir une capacité massive que les autres condensateurs. Le condensateur est utilisé dans un circuit de filtrage qui combine un filtre de condensateur électrolytique à tension continue pour éliminer l'ondulation CA de 60 Hz à 120 Hz dans l'alimentation CC.

Condensateur de filtre EMI

Les condensateurs utilisés pour filtrer les interférences électromagnétiques dans les lignes électriques CA et CC sont appelés condensateurs de filtrage EMI.. Ce condensateur peut tomber en panne en raison d'une surtension et de transitoires. Il existe deux types de topologie différents utilisés dans le condensateur de filtrage X et Y. La topologie du condensateur X est utilisée pour le filtrage EMI en mode différentiel. En revanche, la topologie du condensateur Y est utilisée dans le filtrage EMI en mode standard.

Théoriquement, plusieurs technologies de condensateurs conçoivent des condensateurs X ou Y, mais les plus disponibles dans le commerce sont les condensateurs à film ou les condensateurs céramiques.

Conception de condensateur de filtrage

Les condensateurs de filtrage peuvent être conçus de différentes manières selon les besoins.

 Lorsqu'un filtre passe-bas est créé, le condensateur est ensuite connecté aux bornes de la charge. Lorsqu'un filtre passe-haut est conçu, le filtre-condensateur est en série avec une alimentation. Le condensateur-filtre est utilisé comme filtre de dérivation lorsque le condensateur est connecté entre la masse et l'alimentation. Différents condensateurs de filtrage peuvent être conçus en fonction des différentes plages d'opérations, de coûts, de décisions, de températures de fonctionnement et de tailles.

Filtre Condensateur Amplificateur

Le condensateur de filtrage présente un gros inconvénient : l'amplitude du signal de sortie est inférieure à celle du signal d'entrée en raison d'une atténuation du signal. Cela signifie que le gain global du filtre-condensateur est inférieur à un, il peut donc être nécessaire d'amplifier le signal de sortie.

 Différents amplificateurs peuvent être utilisés pour restaurer ou contrôler le signal atténué, tels que OpAmp, transistors ou FET. Une fois que l'amplificateur à condensateur-filtre peut tirer de l'énergie d'une source externe pour amplifier ou amplifier le signal de sortie via le condensateur-filtre, le signal de sortie du condensateur-filtre peut être modifié ou remodelé selon les besoins du circuit amplificateur.

Sélection du condensateur de filtrage

Comment sélectionner la valeur du condensateur de filtrage ?

Sélectionnez le condensateur-filtre en fonction de :

  • Prix
  • La précision
  • Gamme de fonctionnement
  • Stabilité
  • Courant de fuite
  • Taille
  • Température de fonctionnement

Condensateur de filtre haute tension

Composant de circuit passif de condensateur haute tension qui peut stocker la charge et l'énergie pour une utilisation dans une application haute tension, Le condensateur ordinaire ne peut pas être utilisé dans les applications haute tension, donc le condensateur haute tension est utilisé dans les applications à plage de tension plus élevée telles que le filtrage de ligne d'alimentation haute tension, le filtrage haute tension AC ou DC, la dérivation haute tension AC ou DC, etc. Ces condensateurs sont conçus là où les deux plaques métalliques du condensateur sont séparées par un métal diélectrique entre elles pour un fonctionnement efficace dans les applications haute tension.

Comment tester le condensateur de filtrage

Il y a deux façons de vérifier le filtre-condensateur :

  1. Avant de vérifier le condensateur, assurez-vous que le condensateur est complètement déchargé. S'il n'est pas complètement déchargé, alors décharger le condensateur en le connectant à travers une charge. Si vous utilisez un multimètre, réglez le multimètre pour qu'il lise une plage d'ohms élevée. Connectez correctement les extrémités positive et négative du condensateur avec le multimètre. Le compteur doit commencer à partir de 0 puis se déplacer vers l'infini, ce qui indique que le condensateur est en état de fonctionnement ; si le compteur reste à 0, alors le condensateur ne se charge pas à travers le compteur, cela montre qu'il ne fonctionne pas correctement.
  2. Une autre façon de tester le condensateur de filtrage, chargez le condensateur avec l'alimentation en tension continue, puis observez la tension aux bornes de l'anode et de la cathode du condensateur. Dans ce test, la polarité du condensateur est indispensable juste avant d'appliquer la tension. Vérifiez le condensateur après la charge, déconnectez la source de tension du condensateur et utilisez un multimètre pour observer la tension sur le condensateur. Lors du contrôle, le condensateur chargé doit maintenir la tension appliquée. La tension chutera rapidement à zéro lorsque le multimètre est connecté car le condensateur se déchargera à travers le multimètre. Si le condensateur ne tient aucune valeur près de la tension appliquée, alors le condensateur ne fonctionne pas correctement.

Condensateur de filtre CMS

SMD signifie dispositif monté en surface, ce qui signifie que le condensateur SMD est le condensateur monté en surface de nos jours Le condensateur SMD est largement utilisé comme filtre car il est de plus petite taille et peut être placé facilement sur la carte de circuit imprimé. La technologie montée en surface permet une construction plus rapide et fiable de l'élément électronique, c'est donc un condensateur facilement disponible et ayant des performances moins chères et plus élevées.

QFP

A quoi sert un condensateur de filtrage ?

Les condensateurs de filtrage peuvent être utilisés à des fins différentes avec des dispositions différentes dans le circuit.

Le condensateur-filtre peut être utilisé pour restreindre la composante continue du signal d'entrée. Il peut également rejeter ou contourner la composante CA du signal d'entrée. Les condensateurs de filtrage peuvent limiter la bande passante du signal ou supprimer une plage de fréquence spécifique du signal. Il peut également être utilisé pour supprimer les composants indésirables ou le bruit des circuits.

Comment sélectionner les condensateurs de filtrage ?

Sélectionnez le condensateur-filtre en fonction de :

  • Prix
  • La précision
  • Gamme de fonctionnement
  • Stabilité
  • Courant de fuite
  • Taille
  • Température de fonctionnement

Quel est l'effet d'un condensateur en tant que filtre?

Le condensateur est utilisé comme filtre. Il peut filtrer les composants CA ou CC du signal ou éliminer une plage de fréquences spécifique.

Le condensateur offre une haute résistance vers la composante basse fréquence contribution signal. En revanche, il offre une faible résistance au signal haute fréquence, donc lorsque le condensateur est connecté en série avec le signal d'alimentation, seul le composant CA peut le traverser. Seul le composant DC vous traverse la charge lorsque le condensateur est lié parallèlement à la charge.

Quels sont les avantages et les inconvénients du filtre à condensateur?

Les filtres à condensateur présentent plusieurs avantages et inconvénients.

Les avantages des filtres à condensateur sont moins chers, de plus petite taille, facilement disponibles. Les inconvénients du filtre-condensateur sont qu'il est sensible aux variations de température, sa capacité diminue avec le temps.

Que se passe-t-il lorsque la valeur du condensateur de filtrage est plus grande?

Plus la valeur du filtre-condensateur est grande, plus la taille du condensateur augmente avec elle.

Avec un condensateur de filtrage plus grand, la tension sera minimale. La constante de temps sera grande. La charge sera maintenue pendant une période plus longue, mais elle consommera une grande quantité de courant et prendra beaucoup de temps pour terminer la charge et sera coûteuse.

Lequel est le meilleur filtre à condensateur ou filtre à inducteur?

Le filtre peut être conçu avec un condensateur ou un inducteur ou en utilisant les deux.

Les condensateurs-filtres sont moins chers que les monteurs d'inducteurs. La taille du filtre-condensateur est toujours inférieure à la taille du filtre inducteur. Le condensateur-filtre est meilleur pour une tension de lissage, tandis que le filtre inducteur est meilleur pour lisser le courant.

Quel type de condensateur est utilisé dans un filtre passe-bas?

Dans un filtre passe-bas, le condensateur est connecté aux bornes de la charge.

Le type de condensateur utilisé dans le filtre passe-bas dépend de la plage de fonctionnement, de la température, de la sensibilité, de la stabilité, du coût, de la taille, etc. Le condensateur, qui répond aux exigences, peut être utilisé.

Quelle est la différence entre un rail et un condensateur de filtrage dans un circuit?

Un condensateur de rail est utilisé dans le rail d'alimentation et le condensateur de filtrage est utilisé à différentes fins.

Un condensateur de rail est utilisé pour filtrer le bruit ou l'ondulation dans la ligne électrique du rail. Ce condensateur sert principalement à maintenir la tension à sa valeur nominale et à la stabiliser. Où le condensateur de filtrage est-il utilisé à différentes fins, par exemple pour éliminer la composante alternative du signal, bloquer le signal de composante continue, en tant que filtre de dérivation, filtre EMI, limiter la bande passante du signal, éliminer une plage spécifique du signal, etc.

Pourquoi utilisons-nous des condensateurs comme filtres en redressement lorsque des condensateurs sont utilisés pour bloquer le courant continu et autoriser le courant alternatif?

Lorsque nous utilisons un filtre-condensateur dans le circuit de redressement, il ne réduit que la composante alternative du signal.

Dans le circuit redresseur, le condensateur-filtre est relié en parallèle au circuit des appareils de charge. La composante CC du signal d'entrée peut traverser la charge et la composante CA du signal d'entrée traversera le condensateur de filtrage. Le condensateur présente une faible résistance au signal haute fréquence.

Quel est l'effet des amplitudes de capacité de filtre sur la tension d'ondulation dans les alimentations CC?

Lorsque le condensateur-filtre est connecté en série avec l'alimentation CC, il réduit la composante CA de l'alimentation.

 Un condensateur-filtre est utilisé dans les circuits pour minimiser la tension d'ondulation de l'alimentation.

La tension d'ondulation en sortie du filtre peut être calculée en 

Vr= Vp/(2fCR)

Où vr = tension d'ondulation

Vp = tension de crête

f= fréquence du signal (alimentation)

C= Capacité du condensateur

R= la valeur de la résistance