月: 2023年5月

Qu’est-ce qu’un système d’alimentation électrique ?

Un système d’alimentation électrique est un dispositif qui convertit une source d’alimentation en courant alternatif, telle qu’une prise électrique, en une source d’alimentation en courant continu stable.

Les sources d’alimentation en courant alternatif telles que les prises électriques, qu’elles soient à usage industriel ou domestique, sont à haute tension et ne peuvent pas être utilisées telles quelles pour les équipements électroniques. Elles doivent donc être converties en une tension continue adaptée à l’équipement.

Les systèmes d’alimentation électrique généraux peuvent être classés en deux grandes catégories : les systèmes à commutation et les systèmes à transformateur, mais les systèmes à commutation sont actuellement les plus courants en raison de leur taille compacte, de leur poids léger et de leur rendement élevé.

Utilisations des systèmes d’alimentation électrique

Les systèmes d’alimentation électrique, comme leur nom l’indique, sont des dispositifs utilisés pour fournir de l’énergie. Elles servent à convertir le courant alternatif en courant continu adapté à l’équipement électronique, et sont donc intégrées dans presque tous les équipements électroniques que l’on trouve dans chaque foyer.

Ils sont utilisés dans chaque appareil électronique, à tel point que lorsque vous connectez un câble à une prise murale, vous pouvez supposer qu’il y a un système d’alimentation électrique à l’autre extrémité du câble.

Comme il s’agit de dispositifs capables de réguler la tension, les systèmes d’alimentation électrique peuvent être utilisés pour fournir une tension d’alimentation sans qu’il soit nécessaire d’utiliser un transformateur.

Principe de l’alimentation électrique

Dans un système d’alimentation électrique basé sur un transformateur, la tension d’alimentation alternative est transformée à la tension appropriée par un transformateur et redressée en courant continu par un redresseur. Elle est ensuite lissée par un condensateur pour fournir une tension continue stabilisée.

Les systèmes d’alimentation à découpage convertissent la tension d’alimentation en courant alternatif en courant continu, qui est ensuite transformé en courant haute fréquence pulsé par un circuit de commutation à grande vitesse. Cette puissance haute fréquence est redressée et lissée à l’aide d’un transformateur afin d’obtenir une tension de sortie continue appropriée.

Le système de transformateur peut réduire le bruit à un faible niveau, mais il est grand et lourd et son efficacité énergétique est médiocre. Les systèmes à commutation, en revanche, peuvent être très efficaces et légers, mais sont plus bruyants.

Comme un système d’alimentation électrique ne peut pas fonctionner avec un rendement de 100 %, les pertes sont converties en chaleur et de la chaleur est générée. La quantité de chaleur produite est généralement déterminée par la formule suivante

Production de chaleur (W) = puissance d’entrée – puissance de sortie = (puissance de sortie/rendement) – puissance de sortie

Si la quantité de chaleur générée devient trop importante, elle peut entraîner une réduction de la puissance de sortie ou un défaut.

Autres informations sur les systèmes d’alimentation électrique

1. Fabriquer son propre système d’alimentation électrique

Les systèmes d’alimentation électrique peuvent être fabriqués par soi-même en raison de leur structure simple. Les quatre matériaux nécessaires sont une résistance, un condensateur de lissage et une diode.

Tout d’abord, la tension entrante est abaissée par une résistance. Elle est ensuite convertie en courant continu à l’aide de diodes. À ce stade, deux diodes sont nécessaires si l’on souhaite un redressement complet.

Enfin, un condensateur de lissage est connecté en parallèle avec la charge pour compléter le processus. Les résistances peuvent également être remplacées par un transformateur. La capacité du système d’alimentation électrique est déterminée par la capacité de ces différentes parties. Si plusieurs charges sont connectées, une plus grande capacité est nécessaire.

2. Systèmes d’alimentation électrique de petite taille

Les systèmes d’alimentation électrique industriels sont généralement logés dans des panneaux de commande et sont suffisamment petits pour être collés à l’intérieur du panneau. Le montage sur rail DIN est actuellement la norme.

À la maison, les systèmes d’alimentation électrique sont des adaptateurs secteur utilisés pour charger les PC et les smartphones. Elles sont devenues de plus en plus compactes et ont aujourd’hui la taille de la paume de la main. Dans les équipements audio, les systèmes d’alimentation électrique sont utilisés pour les amplificateurs. Elles sont également de la taille d’une paume de main et peuvent alimenter jusqu’à huit appareils.

3. Bruit causé par les systèmes d’alimentation électrique

En termes d’équipement audio, une alimentation électrique est un dispositif qui fournit de l’énergie aux effecteurs et à d’autres dispositifs. Les effecteurs sont des dispositifs qui ajoutent des effets tels que des réverbérations et des filtres passe-bas à la musique. Ils peuvent être classés en deux catégories : les appareils analogiques et les appareils numériques.

Un seul système d’alimentation électrique peut alimenter un nombre quelconque d’effecteurs, pour autant qu’ils soient inférieurs à sa capacité. Toutefois, si des effecteurs analogiques et numériques sont connectés au même système d’alimentation électrique, du bruit sera généré.

La cause réside dans le mode de fonctionnement des effecteurs numériques. Les effecteurs numériques utilisent des circuits électroniques qui convertissent les signaux audio et électriques en ondes carrées à l’aide d’un hacheur ou d’un dispositif similaire. Les ondes carrées provoquent des distorsions dans la forme d’onde analogique, ce qui se traduit par du bruit dans l’audio.
Pour lutter contre le bruit, séparez l’alimentation des effecteurs analogiques et numériques. L’isolation électrique élimine le bruit causé par les ondes carrées.

Qu’est-ce qu’un amplificateur opérationnel ?

Un amplificateur opérationnel est un circuit intégré avec deux bornes d’entrée et une borne de sortie. Il peut amplifier un signal électrique à l’entrée et le restituer.

En concevant les éléments du circuit à connecter, ils peuvent non seulement amplifier, mais aussi fournir des fonctions arithmétiques telles que l’addition, la soustraction et l’intégration temporelle des tensions d’entrée.

Les circuits d’amplification analogiques utilisant ces caractéristiques sont aujourd’hui largement répandus.

Utilisations des amplificateurs opérationnels

On connaît une grande variété de circuits les utilisant, dont les plus courants sont énumérés ci-dessous.

• Les amplificateurs de capteurs
• Les circuits suiveurs de tension
• Les circuits d’amplification différentielle
• Les circuits d’amplification additive
• Les circuits intégraux
• Les circuits de différenciation
• Les circuits de détection linéaire
• Les circuits d’amplification logarithmique
• Les circuits d’oscillateurs de phase
• Les filtres actifs

1. Amplificateurs de capteurs

Ils sont utilisés dans le domaine des amplificateurs de capteurs pour amplifier divers micro-signaux provenant de microphones, de capteurs optiques et de capteurs de pression, jusqu’à un niveau de signal pouvant être traité par un convertisseur A/N. Pour éviter les effets du bruit, on utilise une configuration d’amplificateur différentiel ou un filtre passe-bande. Ces derniers permettent d’éliminer le bruit en dehors de la bande de fréquence du signal, etc. 

2. Suiveur de tension

Les amplificateurs opérationnels sont également utilisés comme suiveurs de tension. Les sources de signaux à haute impédance sont sensibles au bruit et la longueur des câbles ne peut être augmentée. L’utilisation de ces amplificateurs permet ainsi d’utiliser des câbles plus longs et de réduire l’effet du bruit.

Principe des amplificateurs opérationnels

Ils sont est constitués de deux bornes d’entrée et d’une borne de sortie et présente les caractéristiques idéales suivantes :

• Gain en boucle ouverte : infini
• Courant d’entrée : 0A
• Impédance de sortie : 0Ω

Dans la pratique, le gain en boucle ouverte est supérieur à 90dB, le courant d’entrée est de quelques nA à 1µA et l’impédance de sortie est de 0.1Ω à plusieurs Ω. En principe, on peut supposer ce qui précède.

Les deux bornes d’entrée de l’amplificateurs opérationnels ont également les fonctions suivantes :

• La borne d’entrée d’inversion
  Il s’agit d’une borne où la phase du signal d’entrée est inversée de 180° et sortie, indiquée par un “-” dans le symbole du circuit.
• La borne d’entrée non inversée
  Cette borne produit une sortie en phase avec le signal d’entrée et est indiquée par un “+” dans le symbole du circuit.

Types d’amplificateurs opérationnels

Ils peuvent être classés en termes d'”élément”, de “configuration de l’alimentation” et de “caractéristiques”.

1. Classification par élément

Il existe trois types d’amplificateurs opérationnels en fonction des éléments qui composent le circuit.

• Les amplificateurs opérationnels constitués uniquement de transistors bipolaires
  Ce sont des amplificateurs opérationnels généraux, dont il existe de nombreux types allant des plus performants avec d’excellentes caractéristiques aux plus généralistes.
• Les amplificateurs opérationnels utilisant des FET comme bornes d’entrée
  Bien que fondamentalement composé de transistors bipolaires, le premier étage du circuit d’entrée est un suiveur de source de type différentiel utilisant des J-FET. Cela permet d’obtenir une impédance d’entrée élevée et des caractéristiques de vitesse de balayage importantes.
• Les amplificateurs opérationnels construits en CMOS
  Bien que la tension de maintien soit relativement faible, le courant de polarisation d’entrée est à un niveau extrêmement bas et la consommation de courant est faible. Un autre avantage est la large plage dynamique d’entrée/sortie et la capacité de traiter des signaux de grande amplitude. Cependant, ils ne peuvent pas traiter les signaux à haute fréquence.

2. Classification selon la configuration de l’alimentation

Les amplificateurs opérationnels peuvent être classés dans les deux types suivants en fonction de la configuration de l’alimentation utilisée pour les faire fonctionner.

• Le type à double alimentation
  Ce sont des amplificateurs opérationnels qui nécessitent des tensions d’alimentation positives et négatives par rapport au niveau de la terre.
• Le type à alimentation unique
  Ce sont des amplificateurs opérationnels qui fonctionnent uniquement avec une tension d’alimentation positive ou négative.

3. Classification par caractéristiques

Les amplificateurs opérationnels sont fournis avec différentes caractéristiques, les plus importantes dépendant de l’utilisation. Voici quelques exemples de ces dispositifs, qui doivent être sélectionnés de manière appropriée en fonction des spécifications requises.

• La large bande passante
• Le faible bruit
• La haute précision
• Le fonctionnement rail à rail
• Le faible courant de polarisation
• La faible consommation de courant
• Le courant de sortie élevé

Comment utiliser les amplificateurs opérationnels ?

Les amplificateurs opérationnels présentent des facteurs d’erreur spécifiques aux circuits analogiques. De plus, les écarts par rapport aux caractéristiques idéales décrites dans la section “Principes des amplificateurs Opérationnels” peuvent avoir un effet néfaste sur le fonctionnement du circuit. Des mesures spécifiques telles que celles ci-dessous doivent donc être prises pour les éviter.

• L’alimentation fournie à l’amplificateur opérationnel doit délivrer une tension stable avec un faible niveau de bruit.
• Des condensateurs absorbant le bruit doivent être montés près des bornes de l’alimentation.
• Se tenir à distance des circuits de traitement numérique ou les placer dans un boîtier blindé.
• Installez-le dans un environnement où les fluctuations de température sont minimes.
• Si des caractéristiques précises d’amplification et de fréquence sont requises, concevoir l’appareil en fonction de la précision des éléments du circuit de rétroaction et des caractéristiques de température.

Les autres précautions suivantes doivent également être prises, mais pour les mesures individuelles, se référer à la documentation fournie par le fabricant de l’amplificateur opérationnel.

• L’annulation de la tension d’offset
• La prévention des signaux sortants
• La garantie de la plage dynamique
• La suppression des effets du courant de polarisation
• La garantie de la capacité d’alimentation en courant
• La protection contre les signaux d’entrée excessifs

Autres informations sur les amplificateurs opérationnels

Principe de base des circuits d’amplification

Les amplificateurs opérationnels ont un gain en boucle ouverte extrêmement élevé. Par conséquent, les différentes fonctions décrites dans la section précédente peuvent être réalisées en réglant de manière appropriée le circuit de rétroaction entre les bornes de sortie et les bornes d’entrée. Les deux circuits d’amplification de base suivants, utilisant ces amplificateurs opérationnels, sont expliqués ici à titre d’exemples concrets.

1. L’amplificateur inverseur
Le signal Vi est connecté à la borne d’entrée inverseuse via une résistance Ri. La borne d’entrée inverseuse et la borne de sortie sont ensuite connectées par une résistance Rf. La borne d’entrée non inverseuse est reliée directement à la terre. Le signal de sortie Vo obtenu avec cette configuration est (-Rf/Ri) × Vi.” -” indique que la phase est inversée.

2. L’amplificateur non inverseur
Le signal Vi est directement connecté à la borne d’entrée non inverseuse. La borne d’entrée inverseuse est reliée à la terre par Ri et à la borne de sortie par Rf. Le signal de sortie Vo obtenu dans cette configuration est (Rf/Ri) × Vi.

Qu’est-ce qu’une gaine thermorétractable ?

Les gaines thermorétractables sont des gaines qui ont été traitées pour se rétracter lorsqu’elles sont chauffées.

Le tube en résine moulée est traité par rayonnement et est largement utilisé pour protéger et isoler les fils électriques. Pour l’utiliser, il suffit de faire passer les fils dans la gaine thermorétractable et de les chauffer à l’aide d’un pistolet thermique ou d’un appareil similaire. Le processus est simple et peut être utilisé dans n’importe quel environnement de travail.

Utilisations des gaines thermorétractables

La gaine thermorétractable est un matériau qui se rétracte pour s’adapter au fil recouvert. Elle est principalement utilisée pour protéger, isoler, imperméabiliser et empêcher la corrosion des fils et des composants.

Les utilisations spécifiques sont les suivantes :

• Câblage interne des appareils ménagers
• Câblage interne des produits électroniques
• Câblage d’alimentation électrique dans les équipements industriels
• Harnais de câblage pour les automobiles
• Équipement chirurgical pour la chirurgie laparoscopique

Principe des gaines thermorétractables

Les gaines thermorétractables sont fabriquées à partir de polymères tels que le polyéthylène et divers élastomères. Ces matériaux ont la propriété de se rétracter sous l’effet de la chaleur tout en conservant leur souplesse.

Les polymères susmentionnés sont irradiés par des faisceaux d’électrons pour provoquer une réaction de réticulation au cours de la phase de production de la gaine. Lorsque le tube après la réaction de réticulation est chauffé et étiré, il se solidifie tout en restant allongé, et lorsqu’il est chauffé à nouveau, le tube se rétracte pour retrouver sa taille d’avant l’étirement. C’est le principe de la gaine thermorétractable.

Types de gaines thermorétractables

Les gaines thermorétractables peuvent être divisées en gaines thermorétractables à une couche et en gaines thermorétractables à deux couches, en fonction de leur structure.

Sous l’effet de la chaleur, elle se rétracte dans le sens du diamètre, avec un rapport de rétraction de 2:1 à 3:1. Les matériaux utilisés sont à base de caoutchouc, de PE, de fluoroplastique et de résine de silicone. Comme il existe de nombreux types de gaines thermorétractables, il est essentiel de choisir le type approprié.

1. Gaine thermorétractable monocouche

La gaine thermorétractable monocouche est un type de gaine courant et se divise en gaines à “paroi fine”, à “paroi moyenne” et à “paroi épaisse” en fonction de l’épaisseur de la gaine. La gaine thermorétractable monocouche a pour but de fournir une isolation ou une protection partielle. Les gaines sont vendues en différentes couleurs et peuvent être utilisées pour l’identification.

2. Gaine thermorétractable bicouche

Les gaines thermorétractables bicouches sont constituées de deux couches, une couche intérieure et une couche extérieure. Elle est utilisée pour l’isolation électrique et la protection mécanique. En raison des couches plus épaisses, elle peut également être utilisée pour la protection contre l’humidité et les environnements corrosifs. Comme les gaines thermorétractables monocouches, elles sont vendues en différentes couleurs et peuvent être utilisées pour l’identification.

Autres informations sur les gaines thermorétractables

1. Comment utiliser la gaine thermorétractable ?

La taille de la gaine thermorétractable doit être choisie de manière à ce que le diamètre intérieur après rétraction soit plus fin que l’objet prévu. La longueur se rétrécit également légèrement, c’est pourquoi il convient de choisir et de couper une longueur légèrement plus grande. Les taux de rétraction varient également en fonction du matériau, c’est pourquoi il convient de vérifier les conditions de chauffage avant de travailler. Lors de la découpe, il est essentiel que les surfaces de coupe soient propres et alignées, car des dommages peuvent être causés par des coupures sur la surface de coupe.

Les gaines thermorétractables générales se rétractent à partir d’environ 120 °C. Il convient donc d’utiliser un pistolet thermique comme dispositif de chauffage. Les gaines à basse température se rétractent à partir d’environ 80 °C, ce qui permet de les travailler avec un sèche-cheveux. Pour les petits diamètres et les petites quantités, il est possible d’utiliser un fer à souder. Dans ce cas, il faut veiller à ce que la pointe du fer n’entre pas en contact avec la zone environnante.

2. Précautions pour les gaines thermorétractables

L’utilisation de gaines thermorétractables nécessite l’emploi d’un équipement chauffant. Pour une utilisation sûre, il est essentiel de veiller à éviter les brûlures et d’utiliser l’appareil de manière appropriée. En particulier, si l’on chauffe à l’aide d’une flamme nue, telle qu’un brûleur à gaz, le tube fondra en raison de la surchauffe, et la flamme doit donc être éteinte au moment opportun.

De plus, lors de l’emballage d’articles ayant une bonne conductivité thermique, tels que les métaux, il est difficile de les rétracter car ils perdent facilement de la chaleur pendant le chauffage, ce qui peut être résolu en appliquant la chaleur pendant une période plus longue que d’habitude. Les condensateurs électrolytiques et les piles rechargeables ne doivent jamais être utilisés. En effet, ils risquent d’éclater sous l’effet de la chaleur. Il convient donc d’éviter autant que possible de travailler à proximité de ces éléments.

Qu’est-ce qu’un solénoïde AC ?

Un solénoïde AC est un terme utilisé pour désigner un solénoïde qui fonctionne lorsqu’une tension AC, ou tension de courant alternatif, est appliquée. Un solénoïde est un conducteur enroulé en spirale, composé de cuivre et d’autres matériaux utilisés pour conduire l’électricité, et est généralement appelé bobine.

Alors qu’une bobine est appelée bobine en général, comme une bobine plate ou tridimensionnelle, une bobine enroulée en forme de spirale est appelée bobine de solénoïde, ou solénoïde en abrégé.

Utilisations des solénoïdes AC

Les électrovannes constituent l’application la plus courante des solénoïdes AC. Les électrovannes sont également appelées valves car elles utilisent toujours une bobine de solénoïde dans leur construction.

Les électrovannes sont principalement utilisées dans les vannes qui arrêtent ou font circuler des fluides tels que l’eau ou l’huile, ou qui inversent le sens de circulation d’un fluide, également connues sous le nom de vannes à 2 ou 3 voies. Elles sont le plus souvent utilisées dans divers actionneurs pour les véhicules et dans les équipements qui utilisent le cycle froid-chaleur des fluides, tels que les réfrigérateurs, les climatiseurs et les chauffe-eau à pompe à chaleur pour un usage domestique. À la maison, ils sont utilisés dans les réfrigérateurs, les climatiseurs, les chauffe-eau à pompe à chaleur et d’autres équipements qui utilisent le cycle froid/chaud des fluides.

Principe des solénoïdes AC

Le principe des solénoïdes AC utilise la force générée par un courant électrique et un champ magnétique. Cette relation entre le courant, le champ magnétique et la force est également expliquée par les électro-aimants et la force électromotrice générée par les phénomènes d’induction électromagnétique.

La plupart d’entre nous en ont entendu parler au moins une fois, et ce principe est dérivé de la loi la plus célèbre de l’électricité, des champs magnétiques et des forces, la règle de la main gauche de Fleming, qui est la première loi que l’on apprend en physique sur les forces électromagnétiques.

Pour l’expliquer en détail, le principe stipule que lorsque le majeur, l’index et le pouce de la main gauche sont orientés à angle droit l’un par rapport à l’autre dans une bobine en spirale, un courant (bobine) circule en direction du majeur et un flux magnétique (noyau de fer ou aimant) est créé en direction de l’index, une force est générée en direction du pouce.

Ce phénomène physique de déplacement du noyau de fer par commutation du sens du courant et de l’alimentation électrique est utilisé dans les actionneurs tels que diverses électrovannes. La règle de la main gauche de Fleming est en fait un principe commun à tous les actionneurs électriques, y compris les moteurs, ainsi qu’aux solénoïdes.

Par ailleurs, l’inverse de la loi de Fleming est la loi du générateur, qui convertit une force extérieure en électricité. Quoi qu’il en soit, elle est toujours basée sur l’induction électromagnétique, selon laquelle une force est générée par l’électricité et un champ magnétique.

Types de solénoïdes

Comme expliqué ci-dessus, un solénoïde est une bobine enroulée en forme de spirale, et la puissance appliquée est convertie en force motrice pour l’actionneur mécanique dans le noyau de fer par la loi de l’induction électromagnétique.

1. Solénoïdes AC

• Le courant d’appel causé par le courant alternatif a tendance à se produire et le bruit généré est relativement élevé.
• Forte traction sur le noyau de fer mobile (plongeur) pendant le courant d’appel, ce qui entraîne des problèmes de stabilité.
• Le solénoïde lui-même possède d’excellentes caractéristiques telles que la vitesse de fonctionnement et la force de traction.

2. Solénoïdes DC

• Valeur de courant constante et fonctionnement stable.
• Contrairement aux solénoïdes à courant alternatif, il n’y a pas de courant d’appel et le bruit est relativement faible.
• Le solénoïde lui-même présente des caractéristiques inférieures à celles des solénoïdes à courant alternatif en raison d’une vitesse de fonctionnement lente, d’un faible courant et d’une faible force de traction du plongeur.

Cependant, le solénoïde lui-même risque d’être grillé en cas de charge excessive, c’est pourquoi il faut envisager des mesures de sécurité telles que des fusibles thermiques et des circuits de protection contre les surintensités.

Les solénoïdes sont également divisés en deux types : les solénoïdes à poussée (qui poussent le noyau de fer hors de la bobine) et les solénoïdes à traction (qui tirent le noyau de fer dans la bobine), en fonction du mode de fonctionnement du noyau de fer mobile (le plongeur). Il existe également des types “push-pull” (pousser-tirer) qui gèrent les deux types de fonctionnement.

Un type caractéristique de solénoïde est le type à retenue automatique, qui utilise des aimants permanents pour fixer la position du plongeur. Ce type de solénoïde convient aux applications où la consommation d’énergie doit être réduite au minimum (par exemple, les équipements alimentés par des batteries de stockage), car le courant ne doit être fourni qu’au moment où le plongeur est déplacé, et aucun courant n’est nécessaire pendant la période de maintien.

Les solénoïdes sont disponibles dans une grande variété de spécifications, et il est important de vérifier soigneusement les spécifications de votre application avant de choisir un solénoïde.

Qu’est-ce qu’un condensateur céramique multicouche ?

Les condensateurs céramiques multicouches, également connus sous le nom de MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitors), sont des condensateurs de type puce avec plusieurs couches d’électrodes internes et de couches diélectriques. L’industrie des condensateurs devrait continuer à évoluer dans le sens d’une miniaturisation et d’une augmentation de la capacité.

Le titanate de baryum et l’oxyde de titane sont principalement utilisés comme diélectriques, et l’électrode interne et le diélectrique sont formés en plusieurs couches. L’augmentation du nombre de couches permet d’accroître la capacité, ce qui conduit à la miniaturisation des MLCC.

Les dimensions les plus récentes des MLCC sont 0603 (0,6×0,3 mm) et 0402 (0,4×0,2 mm). Pour certaines valeurs de capacité, la taille 0201 de la prochaine génération a déjà été réalisée, mais en raison de difficultés de manipulation, elle n’est pas encore sur le marché.

Les condensateurs céramiques multicouches sont disponibles sous forme de puces et de condensateurs radiaux. Comparés à d’autres condensateurs, ils ont une faible impédance à haute fréquence et une faible ESR (résistance série équivalente), et se caractérisent par de bonnes caractéristiques à haute fréquence.

Types de condensateurs céramiques multicouches

Les condensateurs céramiques multicouches ont été commercialisés avec une variété de caractéristiques, mais la taille (dimension), la tension de résistance, les caractéristiques de température et d’autres facteurs doivent être pris en considération lors du choix du type à adopter, en fonction de l’application. Les caractéristiques des condensateurs céramiques multicouches peuvent être classées en deux grandes catégories : classe 1 et classe 2.

1. Classe 1

Les condensateurs de classe 1 sont également connus sous le nom de condensateurs à compensation de température et peuvent être compensés relativement facilement parce qu’ils ont un ESR extrêmement faible et que leur capacité ne varie pas beaucoup avec la température et que la variation est linéaire.

Cependant, la capacité est principalement faible, allant de 1 pF à 1 µF. Ils sont principalement utilisés dans des applications où les variations de capacité ne sont pas souhaitables, telles que les circuits d’oscillateurs et les circuits à constante de temps.

2. Classe 2

La classe 2 est également appelée type ferroélectrique et est principalement constituée de titanate de baryum, qui offre une grande capacité d’environ 100 µF, même dans les petites tailles. Cependant, de nombreux points doivent être pris en compte lors de son utilisation, tels qu’un ESR important, d’importantes fluctuations de capacité en fonction de la température et une diminution de la capacité réelle lorsqu’une polarisation en courant continu est appliquée.

Par conséquent, lors de l’adoption de condensateurs céramiques multicouches de classe 2, la conception du circuit doit tenir compte de leurs caractéristiques. Les principales applications se trouvent dans les circuits où une légère variation de capacité a peu d’effet, comme les sources d’alimentation de lissage et les condensateurs de découplage.

Utilisations des condensateurs céramiques multicouches

Les condensateurs céramiques multicouches ont un large éventail d’applications car leurs performances peuvent être sélectionnées en fonction du nombre de couches et la gamme est large. Les condensateurs céramiques multicouches sont utilisés dans les téléphones portables, les téléviseurs et les équipements industriels pour les circuits de découplage, de couplage et de lissage, les convertisseurs DC/DC, les alimentations d’ordinateurs et la réduction du bruit.

Pour les applications automobiles, on choisit des produits à longue durée de vie et résistants aux pannes. Pour les équipements industriels, des condensateurs compacts de grande capacité sont souvent utilisés et, ces dernières années, ils ont remplacé d’autres condensateurs.

Actuellement, la taille des condensateurs céramiques multicouches courants est assez petite, avec les tailles 1005 (1,0 x 0,5 x 0,5 mm) et 0603 (0,6 x 0,3 x 0,3 mm), mais à l’avenir, les condensateurs ultra-petits tels que la taille 0402, qui est déjà utilisée sur le marché, et la taille 0201 de la prochaine génération deviendront courants. Le principe du condensateur céramique monolithique

Principe des condensateurs céramiques multicouches

La capacité C d’un condensateur est proportionnelle à la constante diélectrique ε et à la surface d’électrode S du diélectrique et inversement proportionnelle à la distance d entre les électrodes. Lorsque des condensateurs sont connectés en parallèle les uns aux autres, la capacité globale est égale à la somme des capacités des condensateurs individuels.

La clé pour augmenter la capacité d’un condensateur est donc d’utiliser un diélectrique à constante diélectrique élevée, d’augmenter la surface des électrodes et de rendre la distance entre les plaques d’électrodes aussi petite que possible. Un condensateur céramique multicouche a une structure constituée de couches de plaques d’électrodes très fines, qui peuvent être considérées comme un certain nombre de condensateurs connectés en parallèle avec une faible distance entre les plaques d’électrodes.

En d’autres termes, le nombre de couches N est proportionnel à la capacité C du condensateur. Par conséquent, en augmentant la capacité avec le nombre de couches N, les condensateurs céramiques multicouches peuvent être à la fois plus petits et plus grands.

En outre, le titanate de baryum, qui a une constante diélectrique très élevée, est principalement utilisé comme diélectrique, mais on s’attend à ce que ses performances finissent par atteindre un plafond. C’est pourquoi on s’attend au développement de matériaux ayant une constante diélectrique supérieure et moins sensibles à l’usure.

Structure d’un condensateur céramique multicouche

Le nickel est utilisé pour les électrodes et le titanate de baryum est principalement utilisé pour le diélectrique. La pâte de nickel, qui sert d’électrode interne, est appliquée sur le diélectrique sous la forme d’une feuille, qui est ensuite formée en superposant plusieurs feuilles et en appliquant une pression.

Elles sont ensuite découpées en petits morceaux et frittées à environ 1000 °C. Lorsque les électrodes externes sont fixées, le condensateur devient un condensateur céramique multicouche. En veillant à ce que les électrodes internes soient connectées aux électrodes externes alternativement à gauche et à droite, les couches sont dans le même état que si elles avaient été assemblées en parallèle.

Comme ils sont produits sous forme de feuilles, ils sont devenus plus efficaces et ont évolué en termes de miniaturisation et de finesse. Le nombre de couches peut aller jusqu’à 1000. Ils sont classés en systèmes à faible constante diélectrique, qui utilisent principalement de l’oxyde de titane comme diélectrique, et en systèmes à haute constante diélectrique, qui utilisent du titanate de baryum comme diélectrique.

La classe 1 est utilisée pour la compensation de température et la faible capacité dans les circuits de signaux, etc. La classe 2 a une constante diélectrique élevée et un grand coefficient de température et est utilisée pour les circuits de découplage et de lissage de l’alimentation.

Autres informations sur les condensateurs céramiques multicouches

1. Caractéristiques des condensateurs céramiques multicouches

La capacité d’un condensateur céramique multicouche varie en fonction de la température. Par conséquent, lors du choix d’un condensateur céramique multicouche, il convient de tenir compte non seulement de la capacité et de la tension nominale, mais aussi de la température de l’environnement de fonctionnement.

Les condensateurs céramiques monolithiques se caractérisent par une faible résistance série équivalente (ESR) due à l’utilisation de métaux tels que le nickel et le cuivre dans les électrodes. De même, en raison de leur structure, les condensateurs céramiques multicouches se caractérisent par une faible inductance parasite (ESL), ce qui les rend aptes à être utilisés à des fréquences élevées.

En utilisant ces caractéristiques de faible ESR et ESL, il est possible de former des circuits résonnants avec des valeurs Q élevées et des circuits d’adaptation à faibles pertes, ce qui fait des MLCC un composant indispensable dans le domaine des circuits à haute fréquence, ainsi que dans les applications de découplage de l’alimentation et de suppression du bruit.

En changeant le nombre de couches de plaques d’électrodes, il est possible de contrôler librement la capacité, de petite à grande. Par conséquent, le condensateur céramique multicouche en tant que produit se caractérise également par une très large gamme de capacités dans la gamme préparée.

2. Technologie de base pour les grandes capacités

La capacité d’un condensateur augmente proportionnellement à la surface de la plaque d’électrode interne. Pour obtenir une capacité élevée sans modifier la taille du condensateur céramique multicouche, il est important d’empiler autant de couches d’électrodes que possible.

En général, pour parvenir à la miniaturisation et à une capacité élevée, il faut empiler des électrodes formées avec une épaisseur de l’ordre du sous-millimètre, de sorte que l’amincissement des couches d’électrodes est une technologie essentielle. Pour les couches d’électrodes plus fines, l’ajustement de l’oxyde de baryum, la matière première du diélectrique, et la technologie d’impression pour former les électrodes internes sous forme de pâte en feuilles sont importants.

Le diélectrique est constitué de fines particules appelées grains, qui sont formées en ajoutant des additifs à l’oxyde de baryum, en l’imprimant sous forme de feuilles et en le frittant. La façon dont la microstructure du grain est conçue est cruciale pour le bon fonctionnement du diélectrique en couche mince.

La technologie de sérigraphie, telle que celle utilisée pour la sérigraphie, est utilisée pour imprimer de fines électrodes internes sur la pâte. En extrudant la pâte à travers les micropores, une fine couche uniforme d’électrode interne peut être formée.

3. Part des condensateurs céramiques multicouches

Dans le monde de l’électronique, les condensateurs céramiques multicouches sont aujourd’hui si largement utilisés qu’ils sont même considérés comme le riz de l’industrie. Par exemple, environ 200 à 300 condensateurs céramiques multicouches sont utilisés par récepteur de télévision et 1 000 par smartphone.

Pour les véhicules électriques, le chiffre est de plus de 15 000 unités par véhicule. Les entreprises japonaises représentent une part importante de la production de ces céramiques multicouches. Bien que les données soient un peu anciennes, les quatre premières entreprises en termes de part de marché en valeur en 2017 étaient les suivantes, trois entreprises japonaises représentant la majorité de la part de marché mondiale.

• Murata : 33,9 % (dépassera 40 % en 2020)
• Samsung Electro-Mechanics : 18,1
• Taiyo Yuden : 10,3
• TDK : 8,4

Les condensateurs céramiques multicouches de haute performance sont particulièrement demandés dans les automobiles, où Murata et TDK dominent le marché mondial. L’utilisation des condensateurs céramiques multicouches devrait encore augmenter à partir de 2021, lorsque les smartphones de la génération 5G se généraliseront, et l’on pense que les pénuries se poursuivront pour le moment.