Maîtriser les Diviseurs de Tension Capacitifs : Conception, Théorie et Applications Pratiques
Les diviseurs de tension capacitifs gagnent en popularité ; on les trouve dans de nombreux projets électriques comme les oscillateurs Colpitts.
Avant d'utiliser un diviseur de tension capacitif, vous devez bien comprendre son fonctionnement.
Cet article définit les diviseurs de tension capacitifs et la règle du diviseur de tension. Vous verrez aussi divers schémas de circuit d'un diviseur capacitif et plus.
Qu'est-ce qu'un Diviseur de Tension Capacitif ?
Diviseur de Tension
Source : Wikipedia
Un diviseur de tension capacitif est un circuit qui prend une différence de potentiel et la divise en deux tout en maintenant un rapport de tension constant.
Généralement, un diviseur capacitif a une paire de condensateurs en série.
Son but principal : allouer diverses quantités de tension à d'autres parties du circuit selon la loi d'Ohm :
V = I × R
Où V = tension, I = courant, R = résistance.
Exemple : alimentation 12 V, quatre condensateurs 1 µF en série → tension de sortie 6 V (moitié de 12 V).
Qu'est-ce que la Règle du Diviseur de Tension ?
Diviseur de tension
Source : Wikimedia Commons.
En moyenne, la tension d'entrée se répartit entre les éléments quand plusieurs éléments de circuit sont en série.
De même, en parallèle, le courant se répartit entre les composants.
On utilise la règle du diviseur de courant pour circuits parallèles, et la règle du diviseur de tension (ou règle du diviseur de potentiel) pour circuits série lors de l'analyse.
La règle du diviseur de tension joue un rôle critique dans l'analyse de circuit : elle calcule la tension individuelle des éléments.
Selon les éléments du circuit, la règle se divise en trois catégories :
- Diviseur de tension inductif
- Diviseur de tension capacitif
- Diviseur de tension résistif
Examinons chacun de près.
Règle du Diviseur de Tension pour Circuits Résistifs
Pour comprendre, utilisons un circuit avec deux résistances en série sur source de tension.
Résistances en série → même courant les traverse.
Résistances
Mais tensions différentes : tension d'entrée se divise entre les deux résistances. La résistance affecte directement la tension individuelle.
Circuit pour comprendre :
Circuit résistif
R1 et R2 en série avec VS (source tension). Source fournit 1 A total.
Tous éléments en série → boucle, courant constant 1 A.
Somme tension : VS = VR1 + VR2 … (1)
VR1 = tension aux bornes R1, VR2 = tension aux bornes R2. Toute tension fournie se divise entre ces deux résistances. Somme = VR1 + VR2.
Loi d'Ohm : VR1 = I×R1, VR2 = I×R2 … (2)
De (1) et (2) : VS = I(R1+R2)
Valeur du premier courant dans (2) : VR1 = I×R1
De même : VR2 = I×R2
La règle du diviseur de tension résistif contredit la règle du diviseur de courant.
Règle du Diviseur de Tension pour Circuits Inductifs
Trois ou plusieurs inductances en série → courant constant les traversant. Tension source se répartit sur toutes les inductances.
Inductances
Utilisez la règle du diviseur de tension inductif pour calculer tension dans une inductance individuelle.
Circuit inductif
L1 et L2 en série. VL1 = tension aux bornes L1, VL2 = tension aux bornes L2. VS = tension d'alimentation.
Équation tension inductance : VL = L × (di/dt)
Leq = inductance totale. Inductances en série → Leq = L1 + L2
Tension aux bornes L1 :
Tension aux bornes L2 :
La règle du diviseur de tension inductif est similaire aux résistances.
Règle du Diviseur de Tension pour Circuits Capacitifs
Utilisons le circuit ci-dessous pour calculer la règle capacitive.
Circuit capacitif
Paire de condensateurs en série avec VS (source). Tension source se divise : une partie via C1, l'autre via C2.
Condensateurs
VC1 = tension aux bornes C1, VC2 = tension aux bornes C2.
Capacitance combinée : Ceq = (C1×C2)/(C1+C2)
Charge totale fournie : Q = Ceq×VS
Tension condensateur C1 : VC1 = Q1/C1
Tension condensateur C2 : VC2 = Q2/C2
En résumé, tension individuelle aux bornes d'un condensateur = rapport de la capacitance opposée × capacitance totale × tension totale.
Formule du Diviseur de Tension Capacitif
Un diviseur capacitif utilise une paire de condensateurs en parallèle vers la sortie et connectés à l'entrée AC (courant alternatif).
Rapport tension sortie/entrée :
Vout/Vin = 1 / (1 + CS/CP)
Où :
- CS = capacitance totale des condensateurs connectés en série.
- CP = capacitance totale des condensateurs connectés en parallèle.
Cette formule fournit un signal AC avec magnitude selon Vin et un décalage (offset).
Le décalage varie selon la capacitance de CS ou CP.
Schéma de Circuit du Diviseur de Tension Capacitif
Circuit Diviseur de Tension Capacitif AC
La formule XC = 1/(2πf×C) guide la division de tension à travers les condensateurs individuels.
Pour calculer la tension allouée aux condensateurs, calculez d'abord l'impédance du condensateur avec la formule ci-dessus.
Puis utilisez la loi d'Ohm pour connaître la tension aux bornes de chaque condensateur.
Exemple :
Circuit diviseur de tension capacitif AC
Deux condensateurs, alimentation 120 V AC. Tension vers les deux condensateurs (en série).
Diviseur de tension simple : condensateur 1 µF reçoit le double de tension.
Dans notre cas : 80 V pour 1 µF, 40 V pour 2 µF.
Circuit Diviseur de Tension Capacitif DC
Dans un diviseur DC, tension partagée selon V = Q/C. Tension symétriquement opposée à la capacitance.
Condensateur à capacitance plus faible → tension plus élevée. Capacitance plus élevée → tension plus faible.
Exemple :
Circuit diviseur de tension capacitif DC
Alimentation DC 15 V → 15 V traversent les deux condensateurs.
Tension totale = somme tensions = 15 V source.
Charge similaire supposée → tension calculée depuis valeurs capacitance.
1 µF = moitié de 2 µF → tension premier condensateur = double du second.
1 µF : 10 V. 2 µF : 5 V.
Avantages et Inconvénients du Diviseur de Tension Capacitif
Comme toute invention, les diviseurs de tension ont avantages et inconvénients.
Avantages
- Perte de chaleur minimale
- Abordable
- Fonctionnent sur DC ou AC
- Coût d'installation faible
- Dépendants de la fréquence
Inconvénients
- Fonctionnent uniquement sur AC léger
- Assez lourds
- Surchauffe réduit l'efficacité
- Quelques diviseurs coûteux à installer, ne fonctionnent qu'avec AC
Utilisations du Diviseur de Tension Capacitif
Applications nombreuses :
- Abaisser la tension pour mesurer haute tension.
- Diviseurs dans microcontrôleur aident mesurer résistance d'un capteur.
Microcontrôleur
- Diviseur comme décalage de niveau logique (logic level shifter) pour interfacer tensions de fonctionnement diverses.
Résumé
Après cet article, nous espérons avoir défini le circuit diviseur capacitif et expliqué la règle du diviseur de tension.
Il est préférable de comprendre les avantages et inconvénients d'un diviseur capacitif.
Pour plus d'informations, contactez-nous.
Technologie industrielle
- Explorer l'addition de tension avec connexions série de piles
- Labo diviseur de tension : design, mesure et vérification de la loi des tensions de Kirchhoff
- Guide pratique des diviseurs de courant : construire, mesurer et simuler avec une pile 6 V
- Construire un diviseur de tension précis avec un potentiomètre
- Circuits diviseurs de tension : Maîtriser l'analyse de résistances série et potentiomètres
- Tachygénérateurs : mesure de vitesse de précision pour moteurs et équipements industriels
- Guide de réglage du poste MIG : optimiser les performances et obtenir des cordons parfaits
- Guide ultime des équivalents du comparateur LM311
- Guide complet des rectifieuses planes : caractéristiques, utilisations et avantages