Conseils
Les acteurs industriels utilisent le condensateur chimique dans différents cas spécifiques et particulièrement pour obtenir une grande résistance sans avoir la nécessité d'une capacité de stockage importante, et pour les applications en basse fréquence. Le mode de fabrication d'un condensateur chimique est différent d'un autre modèle de condensateur usuel.
Une technique intelligente dans un emballage compact : les condensateurs électrolytiques ne sont pas seulement utilisés en grand nombre dans l'industrie et l'artisanat électronique. Pour les professionnels qualifiés et les personnes douées pour le travail manuel, les différents types de condensateurs sont également des éléments indispensables de leur équipement électronique de base.
Un condensateur est composé de deux plaques conductrices d'électricité qui se font face à une faible distance. Une plaque est appelée anode et l'autre plaque est appelée cathode. Pour que les deux plaques n'aient pas de contact conducteur l'une avec l'autre, elles sont isolées électriquement l'une de l'autre par le diélectrique.
Lorsque des capacités élevées de condensateurs sont requises, les professionnels ont souvent et volontiers recours aux condensateurs électrolytiques, en bref : les condensateurs électrolytiques.
Un condensateur électrolytique est un condensateur dont l'anode est constituée d'un métal sur lequel une fine couche d'oxyde électriquement isolante a été déposée. Cette couche constitue le diélectrique du condensateur. La cathode du condensateur électrolytique est constituée d'un enroulement imprégné d'électrolyte qui entoure l'anode.
La capacité des condensateurs électrolytiques est généralement exprimée en µF (microfarad). Comme pour les condensateurs à plaques, la capacité est déterminée par la géométrie de la surface de l'anode et par l'épaisseur de la couche d'oxyde, et donc par la distance entre les plaques.
Le signe de commutation d'un condensateur électrolytique
La capacité d'un condensateur électrolytique dépend de la fréquence. Comme elle ne peut pas être mesurée efficacement avec une tension continue, elle est mesurée de manière standard avec une tension alternative de 0,5 V et une fréquence de 100/120 Hz à température ambiante. La valeur de la capacité ainsi mesurée est inférieure d'environ 10 % à la valeur correspondant à la charge stockée.
La structure d'un condensateur électrolytique peut être illustrée le plus simplement possible à l'aide d'un condensateur électrolytique en aluminium.
La feuille d'anode rendue rugueuse pour augmenter la surface et contenant la couche diélectrique (3) est enroulée entre un matériau absorbant (par exemple du papier). Le papier (2) absorbe ensuite l'électrolyte liquide et assure un contact sur une grande surface avec la feuille d'anode. La mise en contact avec l'électrolyte est également assurée par une feuille d'aluminium (1) qui sert ensuite de connexion cathodique. Les bandes de contact des deux feuilles sont guidées vers l'extérieur par les fils de connexion (4).
Le bobinage terminé est imprégné d'électrolyte et installé dans un godet. Un bouchon en caoutchouc, à travers lequel les fils de connexion sont passés, ferme le godet.
Pour pouvoir jouer son rôle de manière optimale, l'électrolyte doit recouvrir le plus complètement possible la surface de l'anode. C'est pourquoi même les électrolytes solides sont d'abord introduits sous forme liquide, puis solidifiés.
La particularité des condensateurs électrolytiques est leur couche d'oxyde extrêmement fine mais extrêmement résistante à la tension (environ 10-9 m/V). Associée à la structure rugueuse de l'anode (c'est-à-dire une grande surface d'anode), cette caractéristique permet aux condensateurs électrolytiques de présenter une capacité relativement élevée par rapport aux autres formes de condensateurs. Leur capacité est toutefois nettement inférieure à celle des supercondensateurs électrochimiques.
Presque tous les condensateurs électrolytiques sont polaires, ce qui signifie qu'ils doivent être polarisés correctement et ne peuvent être utilisés qu'avec une tension continue. L'anode est toujours le pôle positif. Une mauvaise polarité ou des tensions trop élevées peuvent détruire le diélectrique de l'électrolyte. Les condensateurs électrolytiques en aluminium peuvent alors exploser et les condensateurs au tantale peuvent prendre feu. C'est pourquoi il faut toujours veiller à la bonne polarité des condensateurs.
Pour minimiser le risque d'inversion de polarité, un marquage de polarité est imprimé sur tous les condensateurs électrolytiques. Sur de nombreux condensateurs, le fil d'anode à polarité positive est légèrement plus long que le fil de cathode.
Condensateurs au tantale
Sur les condensateurs au tantale en forme de goutte, un petit signe "plus" est imprimé sur la borne "plus".
Condensateurs négatifs
Pour les condensateurs axiaux/radiaux et les condensateurs snap in, une barre ou un anneau indique la connexion négative.
Condensateur électrolytique en aluminium
Pour les condensateurs électrolytiques en aluminium CMS, la barre indique la borne négative.
Condensateur au tantale SMD
Pour les condensateurs tantale SMD, la barre marque la connexion positive.
Condensateurs électrolytiques biopolaires
Dans les enceintes acoustiques avec filtre, on utilise des condensateurs électrolytiques bipolaires. Ces condensateurs sont conçus de manière à ce que la polarité de la tension appliquée puisse être inversée sans que les condensateurs ne soient endommagés.
En regardant de plus près le filtre, on remarque donc que les condensateurs électrolytiques utilisés ne portent pas de marquage de polarité. Une erreur de polarité est donc exclue.
Important :
En cas de dommage, il ne faut pas utiliser de condensateurs polarisés à la place de condensateurs électrolytiques bipolaires !
Il existe trois groupes principaux de condensateurs électrolytiques en fonction du matériau utilisé pour l'anode (ou de son oxyde comme diélectrique).
| Matériau de l'anode | Aluminium | Tantale | Niobium |
|---|---|---|---|
| Plage de capacité | 0,1 - 2.700.000 µF | 0,1 - 15.000 µF | 1 - 1500 µF |
| Tension nominale | 2,0 - 630 V | 2,5 - 150 V | 2,5 - 10 V |
| Caractéristiques | Grande variété de formes ; particulièrement bon marché | La plus grande capacité par surface de base ; principalement sous forme de CMS | Similaires aux condensateurs tantale, mais très chers ;principalement pour les applications militaires |
Les propriétés de la couche d'oxyde à l'anode déterminent la rigidité diélectrique d'un condensateur électrolytique. La tension nominale est la tension que l'électrolyte peut supporter à long terme sans claquage. La rigidité diélectrique de la couche d'oxyde (c'est-à-dire la tension à laquelle se produit un claquage) diminue avec l'augmentation de la température. Les condensateurs électrolytiques permettent d'obtenir des tensions nominales beaucoup plus faibles que les condensateurs à film ou en céramique. Cela en fait de bons candidats pour les circuits modernes à haute densité de composants.
Notre conseil pratique :
Si vous faites fonctionner votre condensateur électrolytique en permanence en dessous de la tension nominale spécifiée, cela aura un effet positif sur sa durée de vie ou sur le taux de défaillance attendu.
La fiche technique d'un condensateur électrolytique
Dans la fiche technique d'un condensateur électrolytique pour circuits à courant continu, on trouve les données suivantes :
Pour les modèles plus petits, la capacité et la tolérance sont indiquées par des codes courts, conformément à la norme CEI/DIN EN 60062 :
- µ85 = 0,85 µF ou 8µ5 = 8,5 µF ou 85µ = 85 µF
- Dans une notation abrégée alternative, les deux premiers chiffres indiquent la valeur en picofarads, le troisième chiffre indique l'exposant de dix. Le chiffre 384 signifie donc 38∙104 pF = 0,38 µF.
- La tolérance est indiquée par une lettre : K = ± 10 % (pour les condensateurs au tantale), M = ± 20 %.
Les condensateurs électrolytiques existent avec différentes possibilités de connexion :
Les condensateurs SMD/SMT sont placés directement sur le circuit imprimé.
Un condensateur électrolytique avec un câblage axial.
Un condensateur électrolytique avec un câblage radial.
Elko avec dispositif snap-in pour le montage.
Un condensateur électrolytique avec connexion à vis.
Une particularité des condensateurs électrolytiques est qu'ils sont traversés par un courant dit de fuite (leaked) lorsque vous appliquez une tension continue avec la bonne polarité. Ce courant de fuite est dû à des impuretés et à des dommages mécaniques du diélectrique. Le courant de fuite dépend de la capacité, de la tension, de la température et du temps et est en outre également influencé par les matériaux utilisés. Il est généralement indiqué par le produit CR ∙ UR de la capacité nominale et de la tension nominale.
Bien que le courant de fuite des condensateurs électrolytiques modernes soit assez faible, il est nettement plus élevé que celui d'autres formes de condensateurs. C'est pourquoi les condensateurs électrolytiques ne conviennent pas pour les circuits qui permettent d'effectuer des mesures de temps précises ou pour stabiliser des sources de tension à haute impédance.
Dans le cas d'un condensateur électrolytique en aluminium, les "plaques" sont placées dans un godet en aluminium sous la forme d'un enroulement imprégné de l'électrolyte, puis fermées par un bouchon en caoutchouc. En raison de cette conception, on obtient le schéma de circuit équivalent suivant :
En parallèle avec un condensateur idéal (C), vous devez imaginer une résistance de très haute impédance (RLeak) par laquelle passe le courant de fuite.
La résistance RESR (Equivalent Series Resistance = résistance série équivalente) représente la résistance de perte interne du condensateur. Celle-ci est influencée par la construction, par les contacts, par le matériau utilisé et finalement par la conductivité de l'électrolyte (cathode). Pour certaines applications, par exemple dans les circuits d'alimentation électrique, il est nécessaire que les condensateurs électrolytiques utilisés présentent une faible résistance de perte. Dans ce cas, on utilise des condensateurs spéciaux Low ESR.
En raison de la structure bobinée d'un condensateur électrolytique en aluminium, il en résulte également une certaine inductance LESL (Equivalent Series Inductivity = inductance série équivalente) qui est connectée en série au condensateur. En établissant plusieurs contacts avec les feuilles d'aluminium, on essaie de maintenir cette inductance indésirable aussi faible que possible. C'est pourquoi les condensateurs électrolytiques en aluminium ne sont pas adaptés aux applications à haute fréquence.
Grâce à leur grande capacité, les condensateurs électrolytiques conviennent particulièrement bien pour les applications de sécurité.
- pour découpler des fréquences indésirables (jusqu'à quelques mégahertz)
- pour coupler et découpler des signaux de tension alternative (level shifting)
- pour lisser les tensions redressées dans les blocs d'alimentation
- pour tamponner les tensions d'alimentation en cas de pics de charge soudains (condensateur de soutien)
- comme accumulateur de courant ou d'énergie (par exemple dans les alimentations sans interruption)
La grande capacité a également pour conséquence une faible réactance pour les tensions alternatives. C'est pourquoi les condensateurs électrolytiques conviennent également comme élément de couplage pour les signaux à basse fréquence.
Quelle est la différence entre les condensateurs électrolytiques SMD et SMT ?
Il n'y a pas de différence entre ces deux types de condensateurs électrolytiques. SMD signifie "surface mount device" (en français : composant monté en surface). La technique utilisée pour monter le composant est appelée "surface mounting technology" ou SMT (en français : montage en surface). SMD se réfère donc à une caractéristique du condensateur, tandis que SMT se réfère à la technologie sous-jacente.
Qu'est-ce qu'un condensateur électrolytique polymère ?
Dans les condensateurs électrolytiques polymères, l'électrolyte est constitué de polymères conducteurs dont la conductivité est proche de celle des métaux. Ces condensateurs électrolytiques ultramodernes permettent d'obtenir des tailles encore plus petites et des pertes ohmiques internes ou des inductances internes encore plus faibles.
Si vous disposez de suffisamment de place pour votre circuit et/ou si vous avez besoin de tensions supérieures à 50 V, vous ne vous tromperez pas en choisissant un condensateur électrolytique en aluminium à électrolyte liquide. Ces composants sont utilisés dans d'innombrables composants électroniques. Les condensateurs électrolytiques au tantale et au niobium entrent en jeu lorsque vous disposez de peu de place, par exemple dans des appareils électriques très plats. En outre, ces condensateurs électrolytiques fonctionnent de manière extrêmement stable sur une très large plage de températures. Si vous envisagez des applications militaires ou spatiales, les condensateurs électrolytiques au tantale ou au niobium sont donc la bonne solution.