II) Capacité d`un condensateur - Sn-Bretagne

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ELECTRONIQUE Lycée E.P.I.L
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I) Notions de condensateur
1) Symbole
Condensateur non polarisé Condensateur polarisé
2) Constitution
Un condensateur est constitué par 2 conducteurs ( A & B )
totalement séparés l’un de l’autre par 1 isolant (diélectrique) 
Les différents types de diélectrique : - Gazeux ( Air )
- Liquide ( Huile, Electrolyte )
- Solide ( Papier, Mica )
3) Les différentes technologies
a) Condensateurs à diélectrique plastique métallisé
Application : -Usage courant
-Bonne stabilité en fréquence
-Stable en T°
b) Condensateurs électolytiques à électrodes d’aluminium
Application : -Fortes valeurs de capacité
-Lissage pour les alimentations
-Stockage d’énergie pour la sauvegarde de données en
R.A.M
c) Condensateur à diélectrique céramique
Application : -Très bonne réponse en fréquence
-Peu coûteux
-Faible valeur de capacité
-Peu stable en T°
NB : Caractéristiques de choix
-La capacité
-La tension aux bornes
-La fréquence d’utilisation
-La T°
-Le prix
Uc
Ic
C
Uc
Ic
C
A
B

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II) Capacité d’un condensateur
Lorsqu’un condensateur est chargé sous une tension U :
-L’armature A porte la charge +
-L’armature B porte la charge -
La quantité d’électricité Q emmagasiné par un condensateur est
proportionnelle à la tension U existant entre ses armatures
Le coefficient proportionnel C défini par le constructeur
caractérise la capacité du condensateur à emmagasiner l’énergie
C est appelé capacité du condensateur et dépend de : la surface entre les 2 armatures
l’épaisseur de diélectrique)
la nature du diélectrique
Ordre de grandeur de ses capacités : 1pF à 4700F
III) Groupement de condensateur
Groupement en parallèle Groupement en série
U
A
B
Q en coulombs
Q = C U C en farads
U en volt
Q3
Q2
Q1
U
C1
C2
C3
Q
U1
U2
U3
C1
C2
C3
Q = Q1 + Q2 + Q3
Q1 = C1 U . Q2 = C2 U . Q3 = C3 U
 Q = ( C1 + C2 + C3 ) U
L’association en parallèle permet
d’obtenir une capacité plus importante :
 C = C1 + C2 + C3 
U = U1 + U2 + U3
U1 = Q/C1 ; U2 = Q/C2 ; U3 = Q/C3
 U = Q ( 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 )
L’association en série permet d’obtenir
une tension de service plus importante
mais diminuera la valeur de la capacité :
 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 
Sous-multiple les plus courants :
1F = 1.10-6
1nF = 1.10-9
1pF = 1.10-12

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IV) Circuits de charge et décharge d’un condensateur
1) Circuit de charge
Application :
-Indiquer le sens de circulation du courant
-Déterminer la constante de temps du condensateur
 = R.C = 10k.1000F = 10s
-A ce moment quelle sera la tension aux bornes du condensateur ?
Uc = E . 63% = 6.3V
-Au bout de combien de temps le condensateur aura atteint sa charge maximale ( 99% )
Charge max. = 5. = 5 . 10 = 50s
-A ce moment quelle sera la valeur de la tension Uc
Uc = E
-En déduire la tension aux bornes de la résistance
Loi des mailles : E = Ur + Uc  Ur = E – Uc = 10 –10 = 0V
-Comment peut-on changer le temps de charge du condensateur ?
Il faut changer une des 2 variables de  ( soit R soit C )
-Comment peut-on changer la tension de charge maximum ?
Il faut changer la tension du générateur
t (s)
0
2.5
5
10
20
30
40
50
60
Uc(V)
0
2.2
3.9
6.3
8.6
9.5
9.8
9.9
9.9
E = 10V
R = 10K
C = 1000F
1
2
Ic
Uc
C
R
E
Le condensateur est préalablement déchargé
Le commutateur est placé en position 1
Tracer la courbe Uc = f ( t )
Observons la charge du condensateur ( Uc ) à
intervalle de temps régulier
La courbe de charge est une exponentielle
La tension Uc tend vers la tension du générateur
Au bout d’un certain temps, Uc ne varie plus
 Le condensateur est chargé
Temps de charge : Il dépend du produit R.C
appelé constante de temps :  : (Tau)
 en secondes
 = R.C R en Ohms
C en Farads
( Plus la constante de temps est grande plus
longue est la charge du condensateur )
A savoir :
A  le condensateur sera à 63% de sa charge
A 5 ---------------à 100% -----------
Uc(t) = E.(1 – e(-t/))
E =
=
t (s)
Uc (V)
0 10 20 30 40 50 60
 5
10-
8 -
6 -
4 -
2 -
63%

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1) Circuit de décharge
Application :
-Indiquer le sens de circulation du courant
-Déterminer la constante de temps du condensateur
 = R.C = 10k.1000F = 10s
-A ce moment quelle sera la tension aux bornes du condensateur ?
Uc = E . 37% = 3.7V
-Au bout de combien de temps le condensateur se sera complètement déchargé ( 99% )
Décharge maximal = 5. = 5 . 10 = 50s
-A ce moment quelle sera la valeur de la tension Uc
Uc = 0V
-En déduire la tension aux bornes de résistance
Loi des mailles : 0 = Ur - Uc  Ur = Uc = 0V
-Comment peut-on changer le temps de charge du condensateur ?
Il faut changer une des 2 variables de  ( soit R soit C )
t (s)
0
2.5
5
10
20
30
40
50
60
Uc(V)
0
7.8
6.1
3.7
1.4
.5
.2
.1
.1
Le condensateur a été totalement chargé
Le commutateur est placé en position 2
Tracer la courbe Uc = f ( t )
Observons la décharge du condensateur (Uc) à
intervalle de temps régulier
La tension de départ est Uc0 ( Ici E = 10V )
La tension Uc tend vers 0V
Au bout d’un certain temps, Uc ne varie plus
 Le condensateur est déchargé
Temps de décharge : Il dépend du produit R.C
appelé constante de temps :  : (Tau)
 en secondes
 = R.C R en Ohms
C en Farads
( Plus la constante de temps est grande plus
longue est la décharge du condensateur )
A  le condensateur sera à 63% de sa décharge
A 5 ---------------à 100% -----------
Uc(t) = Uc0.e(-t/)
1
2
Ic
Uc
C
R
E
t (s)
E = 10V
R = 10K
C = 1000F
Uco =
Uc (V)
0 10 20 30 40 50 60
 5
10-
8 -
6 -
4 -
2 -
37%

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V) Modèle électrique équivalent
Condensateur déchargé Condensateur chargé
La tension entre ses armatures est nulle La tension entre ses armatures est égale à
la F.E.M du générateur
VI) Energie emmagasinée
On admettra que l’énergie emmagasinée par un condensateur est :
C en Farads
Q en Coulombs
W = ½.C.U² = ½.Q .U U en Volts
W en Joules
VII) Résumé
Symboles Quantité d’électricité
Condensateur non polarisé Condensateur polarisé
Constante de temps
 en secondes
 = R.C R en Ohms
C en Farads
A  le condensateur sera à 63% de sa charge ou décharge
A5 --------------- à 100% -------------------------
0V
C
Ugéné.
C
Uc
Ic
C
Uc
Ic
C
Q en coulombs
Q = C.U C en farads
U en volt
Groupement en parallèle
 C = C1 + C2 + C3 
Groupement en série
 1/C = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3 
Lorsqu'un condensateur
est chargé, il peut-être
dangereux de la manipuler
Risque d’électocution