Un condensateur est l'un des composants électroniques les plus utilisés. Il a la capacité de stocker de l'énergie à l'intérieur, sous la forme d'une charge électrique produisant une tension statique (différence de potentiel) à travers ses plaques. Simplement, un condensateur est similaire à une petite batterie rechargeable. Un condensateur est juste une combinaison de deux plaques conductrices ou métalliques placées en parallèle, et sont électriquement séparées par une bonne couche isolante (également appelée diélectrique) composée de papier ciré, de mica, de céramique, de plastique, etc.
Il existe de nombreuses applications d'un condensateur en électronique, certaines d'entre elles sont énumérées ci-dessous:
- Stockage d'Energie
- Conditionnement de puissance
- Correction du facteur de puissance
- Filtration
- Oscillateurs
Maintenant, le point est de savoir comment fonctionne un condensateur ? Lorsque vous connectez l'alimentation au condensateur, il bloque le courant continu en raison de la couche isolante et permet à une tension d'être présente à travers les plaques sous forme de charge électrique. Donc, vous savez comment fonctionne un condensateur et quelles sont ses utilisations ou son application, mais vous devez apprendre comment utiliser un condensateur dans les circuits électroniques.
Comment connecter un condensateur dans un circuit électronique?
Ici, nous allons vous démontrer les connexions d'un condensateur et l'effet qui en résulte avec des exemples.
- Condensateur en série
- Condensateur en parallèle
- Condensateur dans le circuit AC
Condensateur en circuit série
Dans un circuit, lorsque vous connectez des condensateurs en série comme indiqué dans l'image ci-dessus, la capacité totale est diminuée. Le courant traversant les condensateurs en série est égal (c'est-à-dire i T = i 1 = i 2 = i 3 = i n). Par conséquent, la charge stockée par les condensateurs est également la même (c'est-à-dire Q T = Q 1 = Q 2 = Q 3), car la charge stockée par une plaque de n'importe quel condensateur provient de la plaque du condensateur adjacent dans le circuit.
En appliquant la loi de tension de Kirchhoff (KVL) dans le circuit, nous avons
V T = V C1 + V C2 + V C3 … équation (1)
Comme nous le savons, Q = CV Donc, V = Q / C
Où, V C1 = Q / C 1; V C2 = Q / C 2; V C3 = Q / C 3
Maintenant, en mettant les valeurs ci-dessus dans l'équation (1)
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3)
Pour n nombre de condensateurs en série, l'équation sera
(1 / C T) = (1 / C 1) + (1 / C 2) + (1 / C 3) +…. + (1 / Cn)
Par conséquent, l'équation ci-dessus est l' équation des condensateurs en série.
Où, C T = Capacité totale du circuit
C 1 … n = Capacité des condensateurs
L'équation de capacité pour deux cas particuliers est déterminée ci-dessous:
Cas I: s'il y a deux condensateurs en série, avec une valeur différente la capacité sera exprimée comme:
(1 / C T) = (C 1 + C 2) / (C 1 * C 2) Ou, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2)… équation (2)
Cas II: s'il y a deux condensateurs en série, de même valeur, la capacité sera exprimée comme:
(1 / C T) = 2C / C 2 = 2 / C Ou, C T = C / 2
Exemple de circuit de condensateur en série:
Maintenant, dans l'exemple ci-dessous, nous allons vous montrer comment calculer la capacité totale et la chute de tension efficace individuelle à travers chaque condensateur.
Conformément au schéma ci-dessus, il y a deux condensateurs connectés en série avec des valeurs différentes. Ainsi, la chute de tension aux bornes des condensateurs est également inégale. Si nous connectons deux condensateurs de même valeur, la chute de tension est également la même.
Maintenant, pour la valeur totale de la capacité, nous utiliserons la formule de l'équation (2)
Donc, C T = (C 1 * C 2) / (C 1 + C 2) Ici, C 1 = 4,7 uf et C 2 = 1 uf C T = (4,7 uf * 1 uf) / (4,7 uf + 1 uf) C T = 4,7 uf / 5,7 uf C T = 0,824 uf
Maintenant, la chute de tension aux bornes du condensateur C 1 est:
VC 1 = (C T / C 1) * V T VC 1 = (0,824 uf / 4,7 uf) * 12 VC 1 = 2,103 V
Maintenant, la chute de tension aux bornes du condensateur C 2 est:
VC 2 = (C T / C 2) * V T VC 2 = (0,824 uf / 1 uf) * 12 VC 2 = 9,88 V
Condensateur en circuit parallèle
Lorsque vous connectez des condensateurs en parallèle, la capacité totale sera égale à la somme de toutes les capacités des condensateurs. Parce que la plaque supérieure de tous les condensateurs est connectée ensemble et la plaque inférieure également. Ainsi, en se touchant, la surface effective de la plaque est également augmentée. Par conséquent, la capacité est proportionnelle au rapport de la surface et de la distance.
En appliquant la loi actuelle de Kirchhoff (KCL) dans le circuit ci-dessus, i T = i 1 + i 2 + i 3
Comme nous le savons, le courant traversant un condensateur est exprimé comme suit:
i = C (dV / dt) Donc, i T = C 1 (dV / dt) + C 2 (dV / dt) + C 3 (dV / dt) Et, i T= (C 1 + C 2 + C 3) * (dV / dt) i T = C T (dV / dt)… équation (3)
À partir de l'équation (3), l'équation de capacité parallèle est:
C T = C 1 + C 2 + C 3
Pour n nombre de condensateurs connectés en parallèle, l'équation ci-dessus est exprimée comme suit:
C T = C 1 + C 2 + C 3 +… + Cn
Exemple de circuit de condensateur parallèle
Dans le schéma ci-dessous, il y a trois condensateurs connectés en parallèle. Comme ces condensateurs sont connectés en parallèle, la capacité équivalente ou totale sera égale à la somme de la capacité individuelle.
C T = C 1 + C 2 + C 3 où, C 1 = 4,7 uf; C 2 = 1 uf et C 3 = 0,1 uf Donc, C T = (4,7 +1 + 0,1) uf C T = 5,8 uf
Condensateur dans les circuits AC
Lorsqu'un condensateur est connecté à une alimentation CC, le condensateur commence à se charger lentement. Et, lorsque la tension du courant de charge d'un condensateur est égale à la tension d'alimentation, on dit qu'elle est complètement chargée. Ici, dans cette condition, le condensateur fonctionne comme une source d'énergie tant que la tension est appliquée. De plus, les condensateurs ne laissent pas passer le courant une fois qu'ils sont complètement chargés.
Chaque fois, une tension alternative est fournie au condensateur comme indiqué dans le circuit purement capacitif ci-dessus. Ensuite, le condensateur se charge et se décharge en continu à chaque nouveau niveau de tension (se charge sur un niveau de tension positif et se décharge sur un niveau de tension négatif). La capacité du condensateur dans les circuits CA dépend de la fréquence de la tension d'entrée fournie au circuit. Le courant est directement proportionnel à la vitesse de variation de la tension appliquée au circuit.
i = dQ / dt = C (dV / dt)
Diagramme de phaseur pour condensateur dans un circuit CA
Comme vous voyez le diagramme de phaseur pour le condensateur CA dans l'image ci-dessous, le courant et la tension sont représentés en onde sinusoïdale. En observant, à 0⁰, le courant de charge est à sa valeur de crête en raison de l'augmentation constante de la tension dans le sens positif.
Désormais, à 90 °, il n'y a pas de courant dans le condensateur car la tension d'alimentation atteint la valeur maximale. À 180 °, la tension commence à diminuer lentement jusqu'à zéro et le courant atteint sa valeur maximale dans le sens négatif. Et, là encore, la charge atteint sa valeur de crête à 360 °, car la tension d'alimentation est à sa valeur minimale.
Par conséquent, à partir de la forme d'onde ci-dessus, nous pouvons observer que le courant mène la tension de 90 °. Ainsi, nous pouvons dire que la tension alternative est en retard sur le courant de 90 ° dans un circuit condensateur idéal.
Réactance du condensateur (Xc) dans le circuit CA
Considérez le schéma ci-dessus, car nous savons que la tension d'entrée CA est exprimée comme suit
V = V m Sin wt
Et, charge du condensateur Q = CV, Donc, Q = CV m Sin wt
Et, courant à travers un condensateur, i = dQ / dt
Alors, i = d (CV m Sin wt) / dt i = C * d (V m Sin wt) / dt i = C * V m Cos wt * w i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) à, wt = 0 sin (wt + π / 2) = 1 donc, i m = wCV m V m / i m = 1 / wC
Comme nous le savons, w = 2πf
Alors, Réactance capacitive (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC
Exemple de réactance capacitive dans un circuit CA
diagramme
Considérons la valeur de C = 2,2 uf et la tension d'alimentation V = 230 V, 50 Hz
Maintenant, la réactance capacitive (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC ici, C = 2,2 uf et f = 50 Hz Donc, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10 -6 Xc = 1446,86 ohm