Condensateurs : différents types de diélectriques
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Voir aussi : - Le condensateur - Les condensateurs au tantale - Pertes dans un condensateur - Les condensateurs électrolytiques - Les condensateurs au mica - Les condensateurs céramique - Les condensateurs à film plastique - Comportement d'un condensateur en HF -


Il existe de nombreux types de condensateurs. L'un des classements possibles est basé sur la nature du diélectrique.
On peut en distinguer trois familles :
- air
- film, pellicule, lamelle ou plaque
- oxyde

Air

L'air sec est un des meilleurs isolants, ses caractéristiques sont stables. Les condensateurs variables dont le diélectrique est l'air sont très stables en capacité, celle-ci ne dépendant ni de la température ni de la fréquence.
Un des principaux inconvénients de l'air en tant que diélectrique est sa permittivité qui est très faible, 6 fois moins élevée que celle du mica et 27 fois moins que l'oxyde de tantale. L'air n'est pas un diélectrique qui favorise la réalisation de condensateurs de grande capacité.
La rigidité diélectrique de l'air est relativement faible : 4, alors que celle du mica est de 70. Mais en cas d'amorçage, le diélectrique n'est jamais endommagé.

Film isolant

Un des premiers matériaux à avoir été utilisé comme diélectrique est le papier. Il est maintenant presque entièrement supplanté par les films plastiques : polyester, polystyrène, polypropylène... qui peuvent se bobiner pour la réalisation de condensateurs de capacité relativement élevée sous un volume restreint et pour des tensions de service dépassant plusieurs centaines de volts.
La figure ci-contre représente un condensateur dont le diélectrique est un film (papier, plastique...) et chacune des deux armatures est une bande métallique (étain, aluminium...).
Pour la fabrication on empile quatre bandes :
- diélectrique F'
- armature A'
- diélectrique F
- armature A
que l'on roule ensuite pour obtenir un cylindre. Les connexions A et A', sont soudées sur les armatures.
Pour augmenter la tension de service il suffit d'augmenter l'épaisseur du film isolant ou mieux de superposer plusieurs épaisseurs de film fin.

Film métallisé

Il est possible de simplifier le processus de fabrication tout en réduisant le volume du condensateur. On peut réduire l'épaisseur des armatures et le volume qu'elles occupent en les remplaçant par un dépôt métallique sur le film isolant lui-même. Sur la figure on retrouve les deux films F et F'. Les armatures M et M' sont séparés par l'un ou l'autre film. La surface S permettant de calculer la capacité du condensateur est celle où les dépôts métalliques se superposent (zone hachurée sur le dessin).
Le bobinage d'une bande allongée provoque la formation d'une inductance parasite qui se place en série avec la capacité et qui fait baisser la fréquence limite d'utilisation du condensateur (voir : Comportement d'un condensateur en HF).



Plaques et lames
Un condensateur au mica argenté est constitué d'une lame de mica (mais ce peut être n'importe quel isolant : céramique...). Sur chacune des faces de la lame est déposée une fine couche d'argent recouvrant également les extrémités de celle-ci (a).
En superposant plusieurs lames métallisées séparées par des lames isolantes, puis en soudant une connexion sur l'ensemble des extrémités métallisées on peut réaliser un condensateur de plus grande capacité (b)


Couche d'oxyde

Les condensateurs électrolytiques sont ainsi nommés à cause de l'électrolyte liquide (acide...) gélifié ou solide qu'ils contiennent et qui est d'abord un auxiliaire de fabrication avant de constituer la seconde armature du condensateur.
(a) : Première étape de la fabrication. L'anode
a est en contact avec l'électrolyte e qui assure la conduction électrique avec la cathode k. En faisant passer un courant électrique dans l'électrolyte, une couche d'alumine (oxyde d'aluminium Al2O3) se forme.
(b) : Le condensateur est formé de 2 armatures ; l'anode et l'électrolyte séparés par la couche d'alumine dont l'épaisseur détermine à la fois la capacité et la tension de service du condensateur.
(c) : pour augmenter la surface du diélectrique et par conséquent la surface des armatures, l'anode est gravée (par un procédé chimique) avant la formation de la couche d'alumine.
Ce principe est utilisé dans la réalisation des condensateurs au tantale où la surface de la couche d'oxyde est décuplée en utilisant une anode formée de microbilles de tantale agglomérées entre elles mais dont les interstices sont comblés par l'électrolyte.


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