A manger, ou comment alimenter ses montages 5V

Ci-après la retranscription d’échanges de mails récent avec un lecteur concernant quelques explications relatives aux condensateurs de filtrage. A toutes fins utiles....

Bonjour,

j’ai bien lu votre texte sur l’alimentation des montages en 5V. Néanmoins
etant débutant il y a toujours de nombreuses questions que je me pose.
J’ai du mal à comprendre comment on détermine la valeur des condensateurs,
grâce à quels calculs, lois, etc...

De plus, dans tous les montages que je vois je peux voir des condensateurs
mais je n’arrive pas bien à comprendre exactement leur utilité. J’ai bien
sûr lu beaucoup de documentation sur le sujet mais tout cela reste
abstrait, je serai incapable de créer un montage perso qui utiliserait un
condensateur ( pourquoi ? comment determiner sa valeur ? etc..).
– des capas de filtrage :
— deux électrochimiques de bonne valeur (ici 100 µF et 10 µF) pour
absorber les plus grosses fluctuations
— deux céramiques de 100 nF pour éliminer les perturbations haute
fréquence

d’apres http://perso.wanadoo.fr/e-lektronik/LEKTRONIK/C2.htm#C243 je sais
que :
"Le rôle du condensateur de filtrage, généralement un électro-chimique de
forte capacité, est de réduire l’ondulation d’une tension redressée
lorsqu’on passe, par exemple dans une alimentation, d’une tension
alternative à une tension continue. Il permet, en quelque sorte, de
"lisser" la tension ondulée."

Voilà en fait en envoyant ce mail j’aurai souhaiter savoir si vous pouvez
m’aiguiller vers un site qui me presenterait de maniere "pratique"
l’utilité des condensateurs ou bien simplement me dire comment vous
determinez ceux présent dans votre montage.

Merci d’avance

— Envoi via le site PoBot : Robotique Sophia-Antipolis
(http://www.pobot.org/) —

Réponse faite :

Comme indiqué dans le texte, les condensateurs servent à éliminer les
fluctuations résiduelles sur une tension continue. Ces fluctuations sont
principalement de deux natures :
– parasites (haute fréquence) générés par des élements externes
(moteurs, autres circuits électroniques)
– fluctuations de la tension suite à des variations importantes de
l’intensité consommée par exemple

Dans l’utilisation qui en est faite ici, il faut les considérer comme
des réservoirs tampon qui vont être capable d’aborber ces fluctuations
et donc de "nettoyer" la tension continue en la rendant le plus continue
possible.

Pourquoi utiliser 2 types de condensateurs : tout simplement à cause des
valeurs (capacités) requises. On peut se reporter à des cours de base
d’élec et y trouver les formules de calcul de la résistance présentée
par un condensateur en fonction de sa capacité et de la fréquence du
signal périodique concerné, mais il y a une façon plus "pratique" de
voir la chose.

Si on reprend l’analogie du réservoir tampon, on voit que pour absorber
efficacement des fluctuations importantes et de fréquence faible (par
exemple les variations de tension liées à des variations de
consommation) il nous faut un réservoir de grande capacité. Par contre
pour des perturbations de plus faible amplitude et de fréquence plus
élevée, un réservoir de petite capacité suffit. Mais alors me
direz-vous, autant n’en mettre qu’un gros et c’est bon, puisque qui peut
le plus peut le moins. Dans l’absolu oui, mais dans la pratique non,
pour des raisons de réalisation des condensateurs.

Les condensateurs de forte capacité ne peuvent être que de type
électro-chimiques (polarisés de surcroît). Leur défaut est une espèce
"d’inertie" qui les rend inefficace en termes de réaction face à des
changements rapides, et donc pour des signaux de fréquence élevée. C’est
pourquoi on les double d’un condensateur céramique de faible capacité
pour traiter ces perturbations.

Quant aux choix des valeurs maintenant. Encore une fois, on peut les
retrouver via les formules théoriques. Dans le type d’application que
nous faisons, nous les roboticiens du dimanche, un choix empirique est
tout aussi bon, car basé sur le vécu. La règle est donc :
– prendre un électrochimique de plusieurs dizaines, voire centaines, de
µF pour le filtrage des fluctuations importantes (la capacité sera
d’autant plus importante que les flucturations pressenties et le courant
consommé le seront)
– ajouter en parallèle un céramique de 100nF (valeur passe-partout) pour
le filtrage des hautes fréquences

En ce qui me concerne, je double la mise : un tandem chimique+céramique
en amont du régulateur et un autre en aval. Abondance de biens de nuit pas.

Si on veut voir les choses sous un angle plus théorique, il faut savoir
qu’un condensateur présente une résistance d’autant plus faible au
passage d’un signal que sa capacité est forte et que la fréquence du
signal est importante. Une condensateur présente donc une résistance
infinie pour un courant continu, dont on peut considérer qu’il a une
fréquence nulle. Notre tension d’alimentation perturbée est la
superposition de la tension continue et de signaux périodiques
constituant les perturbations. Vu qu’on branche les condensateurs de
filtrage en parallèle sur les lignes d’alimentation (entre le + et la
masse donc), ils vont donc agir comme des court-circuits d’autant plus
directs que la fréquence du signal de perturbation est importante. D’où
l’élimination des tels signaux. Par contre ils vont être sans effet sur
la composante continue, puisque présentant une résistance infinie pour elle.

Voilà, j’espère avoir un peu éclairci les choses.

Cordialement

Eric

Bonjour,

merci de votre réponse précise et rapide, cela éclairci en effet plusieurs
points que je n’avais pas bien assimilé.

En revanche il y a une chose tout à fait basique que je ne comprend toujours
pas, d’apres ce que je lis sur les documentations j’en déduis que dans un
courant continu les condensateurs ne laissent pas passé le courant. C’est cette
propriété qui me semble assez "étrange" car je ne comprend pas comment les
electrons peuvent continuer de circuler dans le circuit si ils sont bloqué au
niveau du condensateur ?

Merci encore.

Réponse faite :

C’est toute la différence entre courant continu et courant alternatif.
En effet, le courant continu est bloqué par le condensateur (tout au
moins lorsque celui-ci est arrivé à pleine charge) car les armatures qui
composent tout condensateur ne sont pas reliées entre elles
électriquement. Par contre, un courant alternatif qui lui change de sens
(que ce soit périodiquement ou non), pourra se maintenir. En effet,
le condensateur va alors se charger et décharger successivment selon le
sens du courant, et donc les mouvements d’électrons ne seront pas
bloqués... tant que ces mouvements, tant en "amplitude" qu’en volume
restent compatibles avec la capacité du condensateur, ce qui engendre la
notion de fréquence de coupure d’un filtre réalisé avec un condensateur.

Pour bien comprendre ce mécanisme, il suffit de considérer l’analogie
hydraulique, dans laquelle un condensateur se présente comme un
réservoir ouvert aux deux extrémités, et séparé en deux parties par une
membrane élastique. Tant que la membrane peut se déformer, on peut
envoyer du liquide d’un côté (on charge le condensateur), et du liquide
est expulsé de l’autre côté : le courant "passe". Dès que cette limite
est atteinte, on ne peut plus. Si on force en augmentant la pression (ie
la tension), on pête la membrane (et idem pour le vrai condensateur). Si
maintenant on communique un mouvement alternatif de va et vient au
liquide, tant qu’on reste dans la limite d’élasticité de la membrane, ce
mouvement ne sera pas empêché, et en d’autres termes, notre *signal*
alternatif va "traverser" le condensateur.

Le point important à retenir est qu’il faut faire la différence entre
signal variable (alternatif, périodique ou non) et signal continu.
Dans le cas du premier, et s’il est symétrique, il n’y a pas de
transfert de charge électrique si on l’intègre dans le temps, puisque
globalement, ces charges effectuent un mouvement de va-et-vient. Dans le
cas du courant continu, on effectue un transfert de charges entre les
pôles du générateur de tension ou courant.

Petite remarque au passage pour souligner cette nuance entre signal et
mouvement de charges : on considére que le courant électrique se propage
à la vitesse de la lumière dans un conducteur. C’est vrai et faux : ce
qui se propage à cette vitesse est le signal, soit l’onde de mouvement
des électrons, et non les électrons eux-même, qui si ma mémoire est
bonne, ont une vitesse intrinséque plus proche du m/s (en fonction du
matériau et de la température). C’est comme quand on jette une pierre
dans l’eau : ce qu’on voit se propager, ce sont les ondes de mouvement
et non les molécules d’eau, qui elles reste quasiment sur place, au
mouvement vertical de l’onde près.

Cela est-il plus clair ?

Eric

Bonjour,

merci pour cette réponse, j’avoue que ça me parait deja beaucoup plus claire.

Bonne continuation pour le site pobot et j’espere que vous ecrirez encore
beaucoup d’articles.

Salutations.