Utilisation des condensateurs

Vous trouverez ici 5 exemples d'application des condensateur:

Condensateur de filtrage:

• Voici le schema d'un redresseur de tension que nous avions déjà rencontré dans la partie de cours sur les diodes.
•  

  Nous avions vu que le pont de diodes servait à obtenir une tension uniquement positive à partir d'une tension alternativement positive et négative (voir cours sur les diodes)

•  

  La première courbe est celle qu'on obtient sans mettre le condensateur, comme vous le voyez ce n'est pas vraiment une tension continue, puisque la courbe devrait être plate! Pour remédier à cela, on met un condensateur. Comme nous l'avons vu, ce dernier s'oppose aux variations de tension à ses bornes. Ici il va dons stabiliser la tension; les légère variations de tensions que l'on observe sont dues à la charge à la décharge du condensateur. Plus la valeur du condo est importante, moins ces variations seront visibles; mais un gros condo prend de la place et coûte cher. Nous allons donc voir comment calculer ce condensateur.

• Supposons qu'on veuille faire une alimentation de 20V, 1A
  
  • Détermination du transformateur:
    
  • ~ Contrairement a ce qu'on pourrait penser, il ne faudra pas un transfo 20V. En effet, lorsqu'on donne la valeur d'une tension alternative, on donne la valeur efficace (220V, c'est une valeur efficace).
    Or un pont de diode permet de récupérer la valeur maximale, et non pas la valeur efficace.
    ~ Notez la relation Vmax = Veff * 1.414
    Il faut également penser à la chute de tension dans les diodes. Comme il y a toujours 2 diodes passantes, la chute de tension sera de 2*0.6V = 1.2V
    ~ En prenant un transfo de 15V, on obtiendra donc une tension de sortie de Vmax - 1.2 = Veff * 1.414 - 1.2
    Soit pour notre montage: 15 * 1.414 - 1.2 = 20V
    
  • ~ Il faut également connaître la puissance du transfo. Cette puissance est exprimée en Volts * Ampères (c'est équivalent aux Watts).
    ~ On a P = Vs * Is = 20 * 1 = 20V.A
    ~ Pensez a bien prendre la tension de sortie du montage et non pas la tension du transfo pour calculer cette puissance.
    ~ Notez que la puissance trouvée est la puissance minimale du transfo, il est conseillé de prendre 1.5 fois plus, sinon il risque de beaucoup chauffer.
    
  • Détermination du condensateur: on suppose que le montage consomme un courant constant
    
    • Sachant que I=Q/t, et que Q=C.U (vrai uniquement si I = constante)
      On a C = I * t / U.
      U est différence de tension entre la valeur max et la valeur min de Vs'
      t vaut 0.01 S pour une fréquence de 50Hz
      I est le courant maximum de sortie en A
      C est la valeur du condensateur en Farads (1000µF = 0.001F)
      
    • Donc pour notre alimentation, si on veut une chute de tension maximale de 1V, pour I = 1A, il faudra prendre C=1*0.01/1 = 0.01F = 10000µF
      
    • Notez que cette valeur est assez élevée. Si je pouvais donner une valeur moyenne, je dirai qu'on met 1000µF.
      DANGER: Il faut faire attention a la tension du condensateur. Il faut choisir un condensateur qui a au moins la valeur max de Vs', plus un coefficient de sécurité. Dans le cas contraire le condensateur explose (croyez en mon expérience)
      Pour notre alimentation, on prendra un condensateur de 25V minimum.

Condensateur pour faire une temporisation:

• Ce montage permet d'allumer et d'éteindre progressivement une lampe. Veillez tout de même à ce que la consommation de la lampe ne dépasse pas 600mA, sinon le transistor va griller.
  
• Rappel sur le transistor (nous verrons précisément comment il fonctionne dans un prochain cours):
  • Le transistor laissera passer un courant dans la lampe proportionnel au courant qui circule dans sa base (notée b).
  • pour qu'un courant commence à circuler dans la base, il faut que Vb atteigne 0.6V
  • On a Ilampe = 200 * Ib (très approximatif, dépend du transistor)

• fonctionnement: lorsque l'interrupteur est sur la position OFF: ~ Chaque borne du condensateur est branchée à la masse (la borne plus est branché sur R1 qui va à la masse). ~ Donc si le condo était déchargé, il le reste; et s'il était chargé, il se décharge à travers R1. Lorsque l'interrupteur est sur la position ON: ~ Au départ le condensateur est déchargé: Vc = 0 ~ tant que Vc n'atteint pas 0.6V, le courant Ib est nul, donc Ur2 (tension aux bornes de R2) est nulle (Ur2 = R2*Ib) ~ A partir du moment où Vc atteint 0.6V, Vb reste égal à 0.6V tandis que Vc continue à monter. Donc Ib augmente; donc la lampe commence à s'allumer. ~ Comme on a Ib = Ur2/R2 = (Vc-Vb)/R2, le courant dans la base augmente, donc la lampe s'allume de plus en plus. ~ Apres un certain temps, tout s'est stabilisé, le condo est chargé à (V-Vb)/2 + Vb = 2.55V; et on a Ib = (V-Vb)/(R1+R2). Si on remet l'interrupteur sur OFF, il se passe le phénomène inverse, le condo se décharge, et la lampe s'éteint progressivement.

•  

Doubleur de tension:

• Ce montage sert à doubler une tension. Par exemple si vous avez un montage qui fonctionne en 5V, vous fabriquez donc une alimentation de 5V pour ce montage, mais l'un des composants nécessite être alimenté en 10V, au lieu de faire une seconde alimentation pour ce composant, vous pouvez faire un doubleur de tension.

• fonctionnement: ~ Soit Vs' la tension à la sortie du générateur de signaux carrés. On suppose C1 et C2 déchargés (c'est le cas quand on allume) ~ Au départ Vs'=0V, le condo C1 se charge à une tension d'environ 5V. (D1 est passante) ~ Vs' passe à 5V, on a alors D1 bloquée, et D2 passante. Le condo C2 se charge. La tension au point A vaut alors 5V + Vc1 = 10V environ (vrai si C2 non connecté). Cette tension qui vaut 2*Valim, va donc servir à charger C2 à une tension d'environ 10V ~ Remarque: le condensateur C2 ne se chargera pas tout de suite à 10V, il faudra attendre un certain nombre de cycles pour que la tension à ses bornes tende vers 10V

•  
• Le générateur de signaux carrés doit être protégé contre les courts circuits, dans le cas contraire, il faudra mettre une résistance entre C1 et le générateur de signaux carrés. (en effet, on envoie un signal carré au condo, donc en théorie le courant traversant le condo est infini. En pratique il est limité par le générateur de signaux).
• Pour le générateur de signaux carrés, nous verrons plus tard comment faire. Il est possible d'utiliser des portes logiques inverseuses, ou un NE555 par exemple.
• Remarque: ce doubleur de tension n'est évidemment pas parfait, puisqu'il faudra retirer la tension de seuil des diodes. La tension maximale fournie sera donc de 10V-2*0.6V = 8.8V. (on peut améliorer ce résultat en mettant des diodes schottky qui ont une tension de seuil plus faible (0.4V))
• le courant fournit sera de quelques dizaines de mA

symetriseur de tension:

• Ce montage permet d'obtenir une tension symétrique (+5V -5V) à partir d'une tension unique de 5V. Ca permet par exemple d'alimenter des amplificateurs opérationnels, ou un circuit de voltmètre pour qu'il puisse mesurer des tensions négatives.

• La première chose qu'on serait tenté de faire, c'est de dupliquer l'alimentation comme je l'ai fait dans le deuxième schéma du haut. C'est évidemment à ne jamais faire. En effet, le générateur est tout simplement en court circuit. fonctionnement: ~ Soit Vs' la tension à la sortie du générateur de signaux carrés. On suppose C1 et C2 déchargés (c'est le cas quand on allume) ~ Au départ, Vs' passe à 5V, D1 est passante, donc C1 se charge à 5V. ~ Vs' passe à 0V, D1 se bloque, et D2 devient passante. Le condensateur C1 charge alors le condensateur C1 à une tension qui va tendre au bout d'un certain nombre de cycles vers -5V ~ On a donc réalisé un symetriseur de tension.

•  
• Le générateur de signaux carrés doit être protégé contre les courts circuits, dans le cas contraire, il faudra mettre une résistance entre C1 et le générateur de signaux carrés. (en effet, on envoie un signal carré au condo, donc en théorie le courant traversant le condo est infini. En pratique il est limité par le générateur de signaux).
• Pour le générateur de signaux carrés, nous verrons plus tard comment faire. Il est possible d'utiliser des portes logiques inverseuses, ou un NE555 par exemple.
• Remarque: ce doubleur de tension n'est évidemment pas parfait, puisqu'il faudra retirer la tension de seuil des diodes. La tension maximale fournie sera donc de 5V-2*0.6V = 3.8V. (on peut améliorer ce résultat en mettant des diodes schottky qui ont une tension de seuil plus faible (0.4V))
  le courant fournit sera de quelques dizaines de mA, ce qui est suffisant pour alimenter un amplificateur opérationnel.

Filtre économique pour haut parleur d'aigus:

• On va utiliser un condensateur chimique non polarisé, ou deux condensateurs chimiques polarisés montés tète bêche.

• Comment ca marche: une fréquence audio se situe entre 20Hz et 20000Hz. On veut que le petit haut parleur des aigus ne reçoive pas les basses fréquences. le haut parleur sera assimilé à une résistance de 8Ohm Lorsque le la fréquence est basse: On va retrouver le signal basse fréquence aux bornes des condensateurs. Suivant que l'alternance est positive ou négative, les condos C et C' vont se charger et se décharger. Par contre, lorsque la fréquence est élevée: Les condensateur n'auront plus le temps de se charger ni de se décharger. Le haut parleur va donc recevoir le signal audio, et va produire un son.

• Calcul de la valeur de ce condensateur:
  • Le haut parleur d'aigus est capable de fonctionner à une fréquence comprise entre 3000Hz et 20000Hz. On va donc calculer le condensateur pour qu'il coupe les fréquences en dessous de 3kHz.
  • Pour que les calculs soient plus simples, on va assimiler le haut parleur à une résistance de 8 ohm. (ce n'est pas très rigoureux). Soit Vs la tension aux bornes du haut parleur, et Ve la tension au niveau du bornier.
  • On rappelle que l'impédance d'un condensateur est Zc=1/jCw, avec j représentant une valeur complexe, C la valeur du condo en Farads, et w la pulsation (w=2.pi.f, f en Hz)
  • on peut donc écrire la formule du pont diviseur de tension avec l'impédance Zc et la résistance R du haut parleur. (ca marche pareil qu'avec les résistances).
  • On a Vs = R*Ve / (R+1/(jCw)) = jRCw*Ve / (1+jRCw)  En posant w'=1/RC, on a Vs = (jw/w') / (1+jw/w').
    La fréquence de coupure de ce filtre est donnée quand w = w' = 1/(RC) donc la fréquence de coupure à -3dB de ce filtre est: f' = 1/(2.pi.RC)
  • C'est à dire qu'entre 20Hz et cette fréquence, l'amplitude du signal est d'abord nulle, puis augmente progressivement pour atteindre la valeur maximale (voir courbes).
  • En prenant C = 6.8µF = 6.8*10^-6F, on obtient f'=2925Hz, soit presque 3kHz
  • voici la courbe qu'on obtiendrait:
    

Attention, nous ne pouvons en aucun cas être tenus pour responsables en cas d'accident, ou d'erreur sur ce site. Vous faites les montages a vos risques et périls.

Ecrivez nous: xizard@enib.fr et rbourdon@enib.fr