Shinra team

Un condensateur, comment ça marche ?

Cet article a été rédigé spécialement pour Sylvestre du groupe Les sucres en morceaux, qui a l'impression que les condensateurs font des choses un peu magiques dans un circuit électronique. Bien sur, c'est faux :).

Le condensateur : principe de base

Un condensateur fonctionne comme un accumulateur capable de stocker de l'énergie et de la restituer plus tard. C'est simple : quand on alimente un condensateur, il se charge. Quand on ne l'alimente plus, il reste chargé. Quand on le branche sur une résistance, il se décharge

La charge d'un condensateur n'est pas linéaire, elle est rapide au début mais plus on approche de la tension maximale, plus elle ralentit.

Évolution de la tension en sortie d'un condensateur pendant la charge.

En pratique, dans un circuit, le condensateur est soumis à une tension variable et se charge ou se décharge selon que cette tension est supérieure ou inférieure à sa charge courante

En réalité, on peut considérer la décharge d'un condensateur comme une charge à l'envers.

Utilisation : le découplage

C'est l'utilisation la plus courante d'un condensateur. Nous allons l'appliquer au cas de l'Amstrad CPC pour ne pas rendre cet article trop abstrait, mais ce genre de montage est présent dans tout appareil utilisant des puces électroniques. On place un condensateur de petite capacité entre les bornes +5 et 0V d'un circuit intégré, par exemple le z80, le Gate Array, mais aussi toutes les puces logiques utilisées. Au démarrage de l'ordinateur, le condensateur se charge (rapidement, car c'est un petit condensateur). Ensuite lorsqu'on utilise le circuit, celui-ci consomme plus ou moins d'énergie sur son alimentation. Cela provoque des appels de courant, et s'il n'y a pas de condensateurs, c'est l'alimentation principale qui doit y répondre. Le condensateur se décharge et se recharge un peu pour éviter ces fluctuations, ce qui évite de ressentir des perturbations de l'alimentation dans d'autres parties de l'ordinateur (par exemple des interférences à l'écran ou encore sur la sortie son). Cela s'entend bien sur un Amstrad CPC un peu usé : on peut entendre du bruit dans le buzzer quand on exécute un "10 goto 10" en basic par exemple, car le z80 fait beaucoup de choses de façon répétitive. Les appels de courant se produisent de façon cyclique à une fréquence assez faible pour être audible. Les petites interférences sont amplifiées par le circuit audio de l'Amstrad.

L'absence de ces condensateurs empêchera l'ordinateur de fonctionner correctement, il y aura trop d'interférences, surtout au démarrage quand tous les circuits vont essayer de s'allumer en même temps. Cela se produit également avec l'usure naturelle des condensateurs. Ils ne parviennent plus à répondre aux demandes des puces, et l'une de celles ci, sous-alimentée, finit par redémarrer : c'est le plantage.

Le cas de la pause hard

Notre ami Sylvestre rencontre un problème étrange : lorsqu'il place son ordinateur en pause hard, la reprise se traduit la plupart du temps par un plantage. Ceci peut être lié à des problèmes de condensateurs : la reprise après une pause d'un z80 est similaire à un démarrage à froid. Cela dit, bien d'autres problèmes sont possibles, je pense nottament à un "bouncing" de l'interrupteur qui pourrait être résolu par l'ajout d'un filtre passe bas.

Le bouncing est un phénomène courant sur la plupart des interrupteurs. L'ouverture et la fermeture du circuit ne sont pas parfaitement nettes et il se produit une sorte de clignotement avant que tout se stabilise. Je pense que le z80 n'apprécie pas trop ce genre de traitement. Un filtre permet de lisser le signal et de masquer ces pics, c'est propre et l'électronique souffre beaucoup moins.

Remplacer les condensateurs

Il s'agit d'une opération risquée, longue et fastidieuse. Personne n'a jamais essayé donc on ne sait même pas si elle en vaut la peine.

Il s'agit de remplacer tous les condensateurs de découplage. Ce sont des condensateurs non polarisés qui fonctionnent dans les deux sens. Pas de problème avec ça, donc.

Les condensateurs sont probablement des 22pF (picofarads). C'est une valeur standard.

On laisse de côté les condensateurs chimiques de l'ampli audio (cylindres bleus). ces derniers sont polarisés et de plusieurs valeurs différentes.

Il faut faire très attention quand on dessoude quelque chose sur la carte mère du CPC, on risque d'arracher la pastille de soudure et il est alors impossible de remplacer le condensateur. Ça donne alors un CPC plein de petits straps bleus. Il est difficile de tester un condensateur pour savoir s'il faut le changer.

Utilisation : le filtrage analogique

Le temps de charge et de décharge d'un condensateur dépend de sa capacité (C) et de la résistance de ce qu'il a autour de lui (R). En changeant ces deux valeurs, on peut réaliser des filtres.

On schématise un filtre avec la masse en bas, une entrée en haut à gauche, et une sortie en haut à droite.

Dans un filtre passe bas, on a out + VR = in. Dans un passe haut, on a out + VC = in.

On fait entrer dans un filtre un signal de type sinusoidal. Si ce signal a une fréquence faible, il évolue lentement. Le condensateur a donc le temps de se charger et suit le signal au plus près. On retrouve donc le même signal en sortie du filtre.

Si maintenant on envoie un signal de fréquence beaucoup plus haute, le condensateur n'a pas le temps de se charger ni de se décharger. La sortie va donc très peu varier : on dit que le signal est filtré.

Maintenant, si on envoie la somme des deux signaux dans le filtre, le deuxième sera filtré mais le premier passera toujours, on peut donc séparer ces deux signaux. Cela peut être utilisé pour faire un effet de flou sur une image (tout ce qui est net représente une forte variation que le filtre va éliminer), on peut aussi démoduler le signal d'une radio AM, et bien d'autres choses.

Si on veut faire le contraire, c'est à dire garder les fréquences rapides et supprimer les lentes, il suffit d'échanger la position du condensateur et celle de la résistance. En effet, la tension d'entrée est égale à la somme de la tension dans la résistance et de celle dans le condensateur. Quand le condensateur ne réagit pas à un signal, la résistance se retrouve donc forcée de le suivre à sa place.

En effet, VC sur le schéma du filtre passe haut corresond à la sortie du filtre passe bas, et out correspond à VR du filtre passe bas.

En fait, les deux filtres sont identiques, mais dans chaque cas on ne garde qu'une partie du signal. Tout ce que fait le filtre passe haut, c'est prendre le complémentaire du passe bas par rapport à l'entrée.

Valid HTML 4.01 Strict Site fait à La Rache CPC-Topsites