Ce composant a pour fonction de stocker et de concentrer de l’électricité d’où son nom : “condensateur électrique”. La pile et la batterie sont une forme de condensateur électrique qui restitue de l’électricité.

Le condensateur électrique (symbole C) est utilisé pour des applications électriques et électroniques en association avec d’autres composants tels que des résistances (R), des inductances ou selfs (L), des semi-conducteurs (SC). Le condensateur inclut un isolant, des électrodes, des connexions de sortie, un enrobage étanche.

Généralement, la résistance (R) se présente sous la forme d’un tube cylindrique, l’inductance (L) sous la forme d’un ressort de fils métalliques ; la gamme des semi-conducteurs (SC) débute par la diode (le courant passe das un seul sens), le transistor (amplification, commutation), le thyristor (le courant passe ou non selon la commande), le bloc multi pattes. La tension électrique (V) de service des condensateurs électriques va du volt à des centaines de kV (ligne EDF).

Voici quelques fonctions du condensateur électrique dans des circuits électroniques en association avec d’autres composants électriques : antiparasitage entre matériels (C est inclus dans le cordon entre ordinateur et périphérique); détection de la fréquence de l’émetteur sur un poste radio à l’aide d’un condensateur variable; transformateur faisant passer du 220 Volt alternatif en 5 Volt continu pour des batteries de portables (C est associé à des diodes); multiplicateur de tension pour la radiographie X à 70 kV et pour les TV à tube cathodique à 15 kV (idem); redressement de la tension de 1500 V des caténaires de TGV pour alimenter le moteur de la motrice (C est associé à des semi-conducteurs de puissance); démarrage du moteur de machine à laver le linge; décharge dans un composant laser pour la télémétrie; limitation par ballast du courant dans un tube fluorescent; répéteur dans les câbles sous-marins…

Les deux principales applications du condensateur électrique sont le filtrage et sa stabilisation, la décharge électrique incluant la commutation. Les utilisations sont multiples dans les circuits électroniques car le condensateur bloque le courant continu et est traversé par le courant alternatif.

Les technologies sont donc adaptées à l’usage, en fonction des évolutions des matériaux utilisés et des tensions électriques ainsi que des environnements (température, spatial, processus de production telle la soudure à la vague sur circuit imprimé CI) et des connexions (fil, borne…). Ainsi, les films plastiques ont remplacé le papier, leurs métallisations de surface (moins de 1 micron) ont remplacé les feuilles d’aluminium de 5 microns et plus, les épaisseurs des diélectriques débutent au micron. Les dimensions finales des condensateurs vont de quelques mm3 à des dizaines de litres et plus pour des applications professionnelles, de même, la surface S va de quelques mm² à des dizaines de m².

La capacité du condensateur électrique est calculée à l’aide de la formule suivante : C=€.€o.S/e avec S= surface des électrodes en regard de polarités différentes et e = épaisseur du diélectrique ; €o est une constante ; € dépend du matériau diélectrique entre les électrodes dont la valeur va de 1 pour le vide à quelques unités pour des matières organiques (plastique, huile, résine) à des milliers pour la céramique. L’unité de mesure est le FARAD (F) décliné en mF, µF, nF, pF ; le marquage est en lettre-chiffre ou par code couleur pour les petites pièces. En plus d’empilement compact des diélectriques et électrodes, pour des tensions électriques supérieures supérieures à 1000 V, le diélectrique doit être traité et absent de vide, d’humidité…pour éviter des décharges électriques internes entre électrodes

La recherche vise à diminuer le volume du condensateur donc à trouver le compromis entre l’épaisseur (e) du diélectrique et sa valeur (€), sa tenue en tension dans la plage de température de service du produit final (la plage professionnelle peut être de -45°C à +125°C et plus limitée pour des produits grand public telle -25°C à +45°C). Pour les condensateurs chimiques, la surface des électrodes est accrue par gravage des films d’aluminium. Il faut aussi tenir compte de la présentation finale du condensateur (forme plate ou ronde, enrobée de résine ou de ruban adhésif, boitier métallique…) et des connexions électriques extérieures qui sont reliées aux électrodes internes afin de les connecter aux autres composants du circuit électronique tel sur le circuit imprimé (CI).

Les schémas ci-dessous donnent une idée de la constitution d’un condensateur et présentent différents modèles utilisés dans les industries électriques et électroniques.

Par Alain DERMENJIAN

Composition des empilements diélectrique-électrode.