Condensateur à disque en céramique

Condensateur A Disque En Ceramique



Un condensateur, en général, comporte deux plaques métalliques conductrices qui stockent la charge électrique dans le champ électrique situé entre elles. De plus, ces plaques ne sont pas connectées électriquement et il existe entre elles un matériau isolant appelé diélectrique. Les condensateurs sont divisés en différentes catégories en fonction de leur composition matérielle, de leurs dimensions et de leur capacité. De plus, tout comme les résistances variables et fixes, les condensateurs ont également une capacité fixe ou une capacité variable. Les condensateurs fixes sont divisés en différents types, dont l'un est le condensateur céramique.

Contour

Qu'est-ce qu'un condensateur à disque céramique ?
Construction et fonctionnement du condensateur à disque en céramique
Classes de condensateurs céramiques

Lecture des valeurs des condensateurs céramiques
Condensateurs céramiques comme condensateurs de couplage
Condensateurs céramiques comme condensateurs de découplage
Conclusion







Qu'est-ce qu'un condensateur à disque céramique ?

Le condensateur céramique est le condensateur le plus utilisé dans les circuits électriques car il est fiable et peu coûteux. Ces condensateurs ont un matériau céramique entre leurs plaques comme matériau isolant, car ce matériau est connu pour ses propriétés isolantes. Le condensateur céramique est divisé en deux types, dont l'un est le condensateur à disque céramique.





Les condensateurs céramiques ont une faible capacité comprise entre 1 nf et 1 µf et ont donc une faible tension nominale par rapport aux condensateurs électrolytiques. Les condensateurs sont utilisés pour les circuits DC, ils entrent donc dans la catégorie des condensateurs polarisés.





Construction et fonctionnement du condensateur à disque en céramique

Le condensateur à disque céramique est un condensateur en forme de disque comportant des électrodes en forme de disque avec un matériau céramique en forme de disque entre elles. L'extérieur du condensateur est recouvert d'un revêtement protecteur et des contacts en argent sont connectés aux électrodes du condensateur :



Étant donné que la capacité dépend de la surface des plaques et de la permittivité du matériau isolant, en fonction du matériau du diélectrique, le condensateur à disque céramique est divisé en trois classes différentes. Puisqu'il s'agit de condensateurs polarisés, ils ne fonctionneront qu'avec l'alimentation CC, ces condensateurs fonctionnent de la même manière qu'un condensateur général.

Cependant, le condensateur bloque la circulation du courant lorsqu’il est complètement chargé, car il atteint le même niveau de potentiel que celui de la tension d’alimentation. Ce comportement rend ces condensateurs adaptés au filtrage des hautes ou basses fréquences, au contournement de tous les signaux, à la conversion du CA en CC, et bien plus encore.

Classes de condensateurs céramiques

Basés sur des matériaux diélectriques, ces condensateurs céramiques peuvent être classés en différentes classes, car la permittivité du matériau isolant affecte grandement la capacité et le comportement du condensateur. Les matériaux céramiques utilisés comme diélectrique dans les condensateurs à disque comprennent des céramiques paraélectriques ou ferroélectriques. Cependant, l'utilisation d'un mélange paraélectrique à base de dioxyde de titane comme diélectrique augmente la stabilité du condensateur et réduit les pertes aux fréquences plus élevées. Ces mélanges ont fourni une capacité plus faible et ont tendance à avoir une permittivité plus faible.

D'autre part, le mélange de matériaux céramiques ferroélectriques comme le nitrate de baryum et les oxydes appropriés ont une permittivité comparativement plus élevée, ce qui entraîne une capacité plus élevée. Cependant, les changements de température entraînent un comportement non linéaire du condensateur, et non seulement les pertes aux fréquences plus élevées sont également élevées.

En raison de ces caractéristiques des diélectriques, il est nécessaire de les regrouper en fonction de leurs propriétés. Il existe donc deux normes de regroupement, l’une est la Commission électrotechnique internationale (CEI) et l’autre est l’Electronic Industry Alliance (EIA). Ces deux éléments ont divisé les condensateurs céramiques en trois classes différentes.

Condensateur à disque en céramique de classe 1

La classe 1 comprend des condensateurs céramiques qui fournissent une tension stable, compensent tout changement de température et fournissent une fréquence stable dans la plupart des cas. Les condensateurs de cette classe présentent généralement des pertes dues aux hautes fréquences et sont utilisés dans des applications où un coefficient de température stable est requis. Par exemple, utiliser un condensateur à disque céramique dans un circuit pour compenser les fluctuations de température.

Le matériau de base utilisé pour les condensateurs céramiques de classe 1 est le dioxyde de titane mélangé à certains additifs comme le magnésium, le zinc, le cobalt, le zirconium, le strontium et le niobium. Ces matériaux rendent le comportement du condensateur linéaire et sont ajoutés en quantité spécifique pour ajuster leur caractéristique de température. Voici le tableau qui présente les coefficients de température des différents matériaux utilisés dans les condensateurs à disque céramique de classe 1 :

Formule matérielle Coéfficent de température Permittivité relative
Gestion 2 Ô 6 18 28
ZnTa 2 Ô 6 9 38
(ZnMg)TiO 3 5 32
Pas 2 De 9 Ô vingt 2 40
(ZrSn)TiO 4 0 37
ZnNb 2 Ô 6 -56 25
MgNb 2 Ô 6 -70 vingt-et-un

Les condensateurs de classe 1 ont un facteur de dissipation de seulement 0,15 pour cent, ce qui leur permet de présenter beaucoup moins de pertes, et le coefficient de température est assez stable avec la variation de la plage de température. De plus, la capacité de ces condensateurs dépend uniquement de la tension appliquée.

Comme décrit ci-dessus, il existe deux ensembles de normes qui définissent les classes de condensateurs céramiques. Ainsi, selon l'Electronic Industry Alliance (EIA), il existe trois codes de caractères pour la classe 1 qui illustrent le coefficient de température. Le premier affiche le chiffre significatif de la variation de la capacité du condensateur due à la température.

Le deuxième caractère donne des informations sur le multiplicateur du coefficient de température et le troisième affiche des informations sur la tolérance en parties par million par kelvin (ppm/k). Voici le tableau du coefficient de température des condensateurs à disque céramique selon la norme EIA :

Mantisse

(ppm/°C)

Multiplicateur du coefficient de température Tolérance pour le coefficient de température

(ppm/°C)

Code Valeur Code Valeur Code Valeur
C 0,0 0 -10° g ±30
B 0,3 1 -dix 1 H ±60
L 0,8 2 -dix 2 J. ±120
UN 0,9 3 -dix 3 K ±250
M. 1.0 4 +10 0 L ±500
P. 1,5 5 Invalide M. ±1000
R. 2.2 6 +10 1 N ±2500
S 3.3 7 +10 2
T 4.7 8 +10 3
DANS 5.6
DANS 7.5

Nulle part dans le tableau si le code est C0G, cela signifie que le condensateur a un coefficient de température nul, ce qui signifie qu'il a une valeur de tolérance de ±30. Il convient de noter que la plage de température sur laquelle sont basés ce coefficient de température et cette tolérance n'est pas la température de fonctionnement réelle du condensateur céramique. Maintenant pour l'autre norme les codes du coefficient de température selon la CEI sont donnés dans le tableau ci-dessous :

Codes Céramique Température

coefficient α

10−6 /K

Tolérance

10−6 /K

Sous-classe Lettre CEI/EN

Codes

Norme EIE

Codes

N1500 -1500 ±250 1F VK P3K
N1000 -1000 ±250 1F QK Q3K
N750 -750 ±120 1B UJ U2J
N470 -470 ±60 1B ÈME T2H
N330 -330 ±60 1B SH S2H
N220 -220 ±60 1B RH R2H
N150 -150 ±30 1B PH P2H
N75 -75 ±30 1B LG L2G
N33 -33 ±30 1B HG H2G
NP0 0 ±30 1B CG C0G
P100 100 ±30 1B AG M7G

Alors maintenant, le code NP0 de la norme CEI est égal au code G0G de la norme EIA, les deux ont une dérive nulle et la tolérance est d'environ la valeur de ±30. Il en va donc de même pour les codes N1500 et P3K pour les deux normes.

Condensateur à disque en céramique de classe 2

Les condensateurs à disque céramique de classe 2 ont généralement un rendement volumétrique bien meilleur, car les matériaux diélectriques de cette classe ont une permittivité plus élevée. Cependant, les condensateurs fabriqués à partir de matériaux diélectriques de classe 2 ont une stabilité et une précision considérablement inférieures. Ils présentent une variation non linéaire du condensateur en fonction de la plage de température donnée. En bref, ces condensateurs sont utilisés dans des applications où la stabilité et les faibles pertes ne revêtent pas une importance significative.

Les matériaux qui entrent dans cette classe sont des matériaux ferroélectriques qui comprennent le titanate de baryum comme produit chimique de base et des additifs comme le silicate d'aluminium, l'oxyde d'aluminium et le silicate de magnésium. En raison de leur permittivité non linéaire, la capacité varie beaucoup lorsque la tension augmente. Voici donc le tableau des condensateurs céramiques de classe 2 basé sur la norme EIA :

Indice de basse température

(°C) (°F)

Indice de température élevée

( °C) (°F)

Changement de capacité

(%)

Code Valeur Code Valeur Code Valeur
X -55 °C (−67 °F) 4 +65°C (+149 °F) P. ±10%
ET -30 °C (−22 °F) 5 +85°C (+185 °F) R. ±15%
Avec +10°C (+50 °F) 6 +105°C (+221 °F) L ±15%
7 +125°C (+257 °F) S ±22%
8 +150 °C (+302 °F) T +22/−33%
9 +200°C (+392 °F) DANS +22/−56%
DANS +22/−82%

D'après le tableau, il est évident que si le code est X4P, alors la température la plus basse sera de -55 degrés et la température la plus élevée sera de 65 degrés, tandis que le décalage de capacité sera d'environ 10 pour cent. Autrement dit, le code de classe 2 de la norme EIA comporte trois caractères : le premier indique la température la plus basse et le second indique la température la plus élevée. Alors que le troisième et dernier caractère montre le changement de capacité dû au changement de température. Désormais, les codes de la norme CEI sont indiqués ci-dessous dans le tableau :

Changement de capacité Changement de température
Code Valeur à U =0 Valeur à U= U N Code Valeur
2B ±10% +10/−15% 1 −55 − +125 °C
2C ±20% +20/−30% 2 −55 − + 85°C
2D +20/−30% +20/−40% 3 −40− + 85°C
2E +22/−56% +22/−70% 4 −40− + 85°C
2F +30/−80% +30/−90% 5 (−10 –  +70) °C
2R ±15% 6 +10 – +85 °C
2X ±15% +15/−25%

La norme CEI a un code composé de deux caractères, le premier indique le changement de capacité et le second indique la plage de température. Ainsi, par exemple, si le code est 2B1, cela signifie que le changement de capacité est d'environ +10/−15 % lorsque la plage de température sera de −55 à +125 °C. De cette façon, il est assez facile d’obtenir le bon matériau diélectrique en fonction des valeurs souhaitées de température et de capacité.

Condensateurs à disque céramique de classe 3

Cette classe de condensateurs, comme les condensateurs de classe 2, a une stabilité et une précision inférieures, mais une permittivité et une efficacité relativement élevées par rapport aux condensateurs de classe 2. Le matériau diélectrique se caractérise par un taux élevé de changement de capacité non linéaire. De plus, cette classe n'est plus normalisée par les normes CEI et EIA car elle est obsolète, et la classe 2 offre une meilleure stabilité et donne au condensateur une taille plus compacte.

Lecture des valeurs des condensateurs céramiques

Les condensateurs céramiques ont généralement les valeurs inscrites au dos sous la forme d’un code. Pour connaître la capacité du condensateur céramique à partir du code écrit au dos, il faut comprendre la formation du code. Le code est divisé en quatre parties, les deux premières sont les chiffres de la valeur de capacité et la troisième concerne le nombre de zéros après la virgule. Le quatrième est généralement une lettre qui indique la tolérance du condensateur et, pour illustrer davantage, voici un condensateur ayant un code de 104K au dos :

Condensateurs céramiques comme condensateurs de couplage

Le condensateur à disque céramique peut être utilisé comme condensateur de couplage, en particulier dans le circuit où seul le signal alternatif est autorisé. Par exemple, si des signaux mixtes sont appliqués, la capacité céramique filtrera les composants DC en les bloquant et en autorisant uniquement les composants AC. Les condensateurs de couplage sont utilisés dans les appareils audio qui empêchent le signal de tension continue d'atteindre la charge.

Condensateurs céramiques comme condensateurs de découplage

Comme son nom l'indique, le condensateur de découplage sert à bloquer les signaux alternatifs et il est généralement connecté entre la ligne et la masse de l'alimentation. Étant donné que les condensateurs céramiques sont des condensateurs non polarisés, cela signifie qu'ils résisteront au flux lorsque la polarité du courant alternatif est modifiée, ce qui se produit dans le demi-cycle négatif. Cela réduit le bruit dans le signal, ce qui améliore davantage la qualité de l'alimentation électrique.

Conclusion

Les condensateurs à disque céramique sont des condensateurs en forme de disque comportant un matériau céramique pour l'isolation entre leurs plaques. De plus, les condensateurs céramiques sont divisés en trois classes en fonction de la composition et des propriétés du matériau diélectrique.

Si le diélectrique est composé de matériaux paraélectriques (classe 1), les condensateurs ont alors une permittivité plus faible, une stabilité élevée et une variation linéaire de la capacité en fonction des plages de température. Si le diélectrique est composé d'un matériau ferroélectrique (classe 2), le condensateur présente une permittivité élevée, est moins stable et présente un changement non linéaire de la capacité en fonction des plages de température.