Comment les condensateurs affectent la tension : Stockage, Lissage, Filtrage & Division
Les condensateurs ne « changent » pas la tension directement ; ils stockent la charge et s'opposent aux variations rapides de tension (\(i = C \frac{dv}{dt}\)). Ce comportement permet plusieurs fonctions de gestion de tension.
Comportements clés liés à la tension
- Lissage tension / Réservoir (Condensateurs gros) :
- Après redresseur : Condensateur charge au pic, décharge entre pics → réduit ripple.
- Ripple tension \(\Delta V \approx \frac{I_{charge}}{f C}\) (onde complète). C plus grand = ripple plus petit.
- Suppression transitoires / Découplage (Condensateurs bypass) :
- Réservoir charge local pour CI commutation rapide. Empêche affaissement \(V_{DD}\) pendant pics courant.
- Faible ESL/ESR critique (CMS 0,1µF, 1µF, 10µF près broches).
- Couplage CA / Blocage CC :
- Condensateur série passe signal CA, bloque polarisation CC. Définit coin passe-haut : \(f_c = \frac{1}{2\pi RC}\).
- Division tension (Diviseur capacitif) :
- \(V_{out} = V_{in} \frac{C_1}{C_1 + C_2}\) (pour Cs série). Utilisé sondes HT, écrans tactiles, MEMS.
- Multiplicateurs tension (Cockcroft-Walton, Villard) :
- Diodes + Condensateurs génèrent CC haute tension depuis CA (tube cathodique, photomultiplicateur, pompe ionique).
- Stockage énergie / Puissance impulsionnelle :
- \(E = \frac{1}{2} C V^2\). Flash photo, défibrillateur, laser, canon rail, maintien secours.
- Correction facteur puissance :
- Condensateurs shunt fournissent vars réactifs, relevant tension sur lignes distribution.
Ce que les condensateurs NE font PAS
- Créer tension (pas source énergie).
- Réguler tension à valeur fixe (c'est régulateur/LDO/référence).
- Changer instantanément tension à leurs bornes (nécessiterait courant infini).
Conseils conception pratiques
- Dérater tension : Fonctionner ≤ 50–80 % tension nominale pour fiabilité (surtout CMS, Électrolytiques).
- Considérer effet Bias CC : CMS Classe 2 (X7R, X5R) perdent 50–80 % capacité à tension nominale.
- ESR/ESL importent pour ripple/courant. Paralléliser valeurs différentes pour découplage large bande.
- Polarité : Électrolytiques/Tantalum = polarisés. Tension inverse = risque explosion.