Les condensateurs

Dr.-Ing. Peter Strassacker
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Les condensateurs, comme les bobines, sont capables d'emmagasiner l'énergie électrique.

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Un condensateur est constitué de deux armatures conductrices (plaques, feuilles métalliques ou autres) séparées par un isolant. Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes d'un condensateur, les charges électriques s'accumulent au niveau de ses armatures, soumettant l'isolant à un champ électrique. À ce champ électrique correspond une certaine quantité d'énergie. Pour une tension électrique donnée, l'énergie qu'un condensateur peut emmagasiner est d'autant plus élevée que la surface de ses armatures est grande et que l'épaisseur de l'isolant les séparant est faible.

Comment connaître la quantité d'énergie accumulable par un condensateur?

L'énergie E accumulée par un condensateur varie en fonction la capacité C de ce dernier et du carré de la tension U appliquée à ses bornes, selon la relation: E = 0,5*C*U2. Plus la capacité C est élevée, plus la quantité d'énergie emmagasinée sera grande pour une tension donnée. L'unité utilisée pour désigner la capacité d'un condensateur est le farad. Un farad (1F) représente une capacité extrêmement élevée et rarement atteinte. Ainsi, les condensateurs rencontrés dans le domaine des enceintes acoustiques auront des capacités de l'ordre du microfarad (uF, un millionième de farad).

Quel est le rôle d'un condensateur dans une enceinte acoustique?

Lorsqu'une tension est appliquée aux bornes d'un condensateur, un courant électrique parcourt le circuit. Au fur et à mesure que le condensateur se charge, l'intensité de ce courant diminue progressivement jusqu'à devenir nulle. La circulation du courant s'arrête lorsque les charges électriques accumulées sur les armatures du condensateur créent une différence de potentiel égale à la tension d'alimentation. Toute modification de la tension d'alimentation s'accompagne à nouveau de la circulation d'un courant jusqu'à ce que la charge du condensateur soit ajustée. Plus les variations de la tension d'alimentation seront fréquentes et rapides, plus il y aura de courant à circuler. Dans le cas d'un condensateur alimenté par une tension alternative, un courant - d'intensité d'autant plus forte que la fréquence de la tension d'alimentation est élevée - circule en permanence. Il apparaît donc qu'un haut-parleur connecté en série avec un condensateur ne pourra être parcouru par un courant qu'à condition que la tension d'alimentation présente des fluctuations suffisamment rapides - autrement dit si la fréquence de cette tension est élevée. Le condensateur agit alors comme un filtre transmettant au haut-parleur uniquement les signaux de fréquences élevées correspondant aux sons aigus.

Quand un condensateur est connecté en parallèle d'un haut-parleur, il se produit un autre phénomène. Dans ce cas, pour que la tension aux bornes du haut-parleur puisse varier, il faut que la charge accumulée par le condensateur ait le temps de s'ajuster en fonction de la nouvelle tension d'alimentation. Si les variations sont trop rapides, la charge du condensateur n'a pas le temps de s'ajuster. Ainsi, le condensateur empêche les signaux de fréquences élevées d'atteindre le haut-parleur. Seuls les signaux de basses fréquences lui parviennent.

Qu'est-ce qu'un condensateur idéal?

Un condensateur idéal possède les propriétés électriques décrites ci-dessus. Il doit bien sûr être capable d'emmagasiner de l'énergie électrique, mais sans en consommer. Autrement dit, ses pertes sont nulles, ce qui implique qu'il ne subit aucun échauffement pendant son fonctionnement. En pratique, malheureusement, aucun composant n'est parfait. Ainsi, l'isolant laissera toujours passer un certain courant, même infime, et ses parties conductrices (armatures et pattes d'alimentation) n'auront jamais une résistance électrique nulle.

Les condensateurs réels présentent donc des pertes. Pour résumer brièvement: Les signaux de fréquences élevées ne peuvent pas transiter librement à travers un condensateur à cause de la résistance électrique de ses armatures et de ses pattes d'alimentation. Et les fréquences les plus basses ne sont pas totalement bloquées du fait des imperfections de l'isolant. Ce dernier présente d'ailleurs une certaine conductivité, extrêmement faible, mais néanmoins mesurable.

Les différents types de condensateurs et leurs caratéristiques

Il existe des condensateurs électrolytiques et des condensateurs à film (ou feuilles) isolant(es). Les plus courants dans le domaine des enceintes acoustiques sont répertoriés ci-dessous en fonction de leur qualité, par ordre croissant:

Les domaines d'application en fonction du type de condensateur


Le tableau suivant donne un aperçu des caractéristiques typiques des différents condensateurs. 
 
Type de condensateur 
(dénomination Intertechnik)
Pertes typiques
(f=1kHz et T=20 °C))
Taille Prix Application
standard
Application
haut de gamme
Diélectrique
électrolytique rugueux 0,12 petite faible correction
d'impédance
    - couche d'oxyde
électrolytique lisse 0,03 moyenne faible en parallèle
d'un boomer
correction
d'impédance
couche d'oxyde
MKT - à film polyester 0,005 moyenne moyen en série avec
un tweeter
en parallèle
d'un boomer
film polyester
MKP - à film polypropylène
(Audyn Cap MKP QS)
0,0003 grande moyen     - en série avec
un tweeter
film
polypropylène
à film plastique, armatures étain
(Audyn Cap KP Sn)
0,0002 grande élevé     -    - film
polypropylène

Remarque importante: Un filtre d'enceinte acoustique peut avoir été mis au point avec un condensateur bas de gamme. Dans ce cas, son remplacement par un modèle plus performant n'est pas forcément judicieux. En effet, il est alors parfois nécessaire de réajuster le filtre en fonction des caractéristiques du composant de remplacement, ce qui n'est pas évident.

Calcul de l'impédance d'un condensateur idéal

La "résistance" d'un condensateur au passage d'un courant électrique varie en fonction de la fréquence. Cette "résistance", appelée impédance, n'est pas comparable avec celle d'un conducteur ohmique classique. Une valeur approchée de l'impédance Z d'un condensateur est donnée par la relation suivante:
Z = 1 / (2*π*f*C)
avec: C la capacité, f la fréquence du signal et Pi=3,141... (Kreiszahl)

Cette relation est vérifiée dans le cas d'un condensateur idéal.

Exemple:

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avec f=100 Hz et C=1 (u - lettre grecque signifiant "un millionième"):
Z = 1 / (6,28 * 100 Hz * 0,000001 F) = 1591 Ohm = 1,591 kOhm
 

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