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Electronique > Théorie > Condensateur > Liaisons

Dernière mise à jour : 04/09/2016

Condos 01 Condos02

Présentation - Codes type - Codes valeur

Présentation

Cette page parle des condensateurs qui assurent une liaison entre deux étages audio, mais le principe s'applique à des domaines non audio (vidéo par exemple).

Pourquoi mettre un condensateur dans le trajet du signal ?

Plusieurs raisons à cela :

Pour réduire le domaine des fréquences (bande passante) des signaux à faire passer
Autrement dit laisser passer certaines fréquences et en atténuer ou en bloquer d'autres. En effet, un condensateur de liaison, associé à l'impédance d'entrée de l'étage qui fait suite, constitue un filtre audio de type passe haut basique.

Pour empêcher une tension continue de passer d'un étage à l'autre
La plupart du temps pour simplifier la conception du circuit. Un montage audio est en effet souvent constitué de plusieurs étages, et chaque étage comporte des composants qui ont été calculés pour un fonctionnement optimal. Le condensateur laisse passer le signal audio (alternatif) et bloque toute tension continue (de polarisation par exemple). Dans le schéma montré en exemple ci-après, un signal BF (alternatif) d'amplitude 2V est superposé à une tension continue fixe de +5V (plage de variation de tension comprise entre 4V et 6V), ces deux tensions sont appliquées en même temps au condensateur (point A). Au point B, la tension continue a disparu, il ne reste plus que le signal BF "utile" (plage de variation de tension comprise entre -1V et +1V).

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Il est tout à fait possible de se passer de condensateur de liaison pour relier plusieurs étages électroniques entre eux (au stade de la conception) mais cela complique énormément le calcul des composants, et demande une grande maîtrise (grande expérience serais-je tenté de dire) du comportement de l'ensemble, notamment lors de variations de température.

Pour empêcher un potentiomètre de réglage (de volume par exemple) de cracher
La présence d'une tension continue sur un potentiomètre est en effet fortement déconseillée, si vous voulez que ce dernier ait une durée de vie décente. A noter qu'il faut quasiment toujours mettre un condensateur à l'entrée du potentiomètre (extrémité), comme à sa sortie (curseur), car une tension continue peut parfaitement venir de l'étage qui précède ou de l'étage qui suit.

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L'ajout de deux condensateurs pour un simple potentiomètre de volume devrait être, vous vous en doutez, évité au possible, ne serait-ce que pour éviter la résultante complexe d'impédance qu'ils introduisent (une différenciation suivie d'une intégration), provoquant principalement de la distorsion de phase (et en bout de bande, ça s'entend particulièrement bien). La meilleure solution est de s'arranger pour qu'aucune tension continue ne parvienne au potentiomètre, en utilisant par exemple des AOP avec correction d'offset.

Quel condensateur choisir ?

Cela dépend des moyens que l'on veut bien y mettre et du contexte d'utilisation.

Pour un montage audio "normal"
Cela dépend de la valeur du condensateur. En règle générale, la valeur d'un condensateur de liaison placé à l'entrée d'un montage audio est assez faible, comparativement à la valeur d'un condensateur de liaison placé sur une sortie. Cela se conçoit assez aisément : l'impédance d'une entrée est généralement élevée, alors que l'impédance de sortie est en général faible. La valeur du condensateur est choisie en fonction de cette impédance, de telle sorte que la fréquence de coupure du filtre (créé par le condensateur et l'impédance) ne gêne pas le passage des fréquences audio désirées. Globalement, on peut dire que jusqu'à la valeur de 1 uF, il est préférable de prendre des condensateurs non polarisés à film de type MKS, MKP, MKT ou MKC. Ne pas utiliser si possible de condensateurs céramiques, qui possèdent une non-linéarité assez élevée. Au delà de 1 uF, on choisira des condensateurs chimiques, et on évitera les tantales qui peuvent ajouter une distorsion bien plus importante s'ils sont incorrectement polarisés (au moins 1% de distorsion contre 0,01% à 0,1% pour les chimiques aluminium). A noter cependant que j'ai récemment (09/04/2009) eu un retour d'un passionné d'audio qui a essayé de nouveaux condensateurs au tantale solide (hermetically sealed), qui ont fait très bon effet. Pourquoi éviter l'emploi de condensateurs de type plastique non polarisés de très haute qualité au-delà de 1 uF ? A cause de l'encombrement et du prix, tout simplement. En usage pro par contre, aucun souci, vous pouvez sans problème monter en parallèle quatre (ou plus) gros condensateurs de 1 uF non polarisés. Si vous allez fouiller dans les schémas audio haut de gamme de Elektor, vous constaterez qu'il s'agit même d'une technique assez "courante". Mais attention tout de même, on parle ici de condensateurs dont la valeur totale peut grimper à quelques uF. Il va (presque) de soi qu'on ne va pas envisager la mise en parallèle de 100 condensateurs de 1 uF pour en obtenir un équivalent de 100 uF ! A partir d'un moment, il faut bien faire la bascule vers le condensateur chimique.

Pour un montage audio "haut de gamme"
Pour les faibles valeurs, même chose qu'avant : des condensateurs non polarisés au téflon ou styroflex (MKS) sont excellents et largement conseillés. Ceux au polypropylène (MKP) sont aussi très bons, suivis de près par les MKT et les MKC. Pour les fortes valeurs (disons pour fixer un ordre de grandeur à partir de 5 uF ou 10 uF), l'usage de condensateurs "dédiés audio", de marque Elna ou BlackGate par exemple, sont recommandés. A noter la possibilité (si ce n'est un bon conseil) de placer un condensateur de type MKS de faible valeur (100 nF par exemple) en parallèle avec le condensateur de forte valeur, afin d'améliorer le comportement en régime impulsionnel.

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C'est une technique également employée pour le découplage des alimentations, qui donne de très bons résultats car chacun travaille dans son domaine de compétence.

Condensateurs polarisés ou non polarisés ?
Certains montages haut de gamme utilisent des condensateurs bipolaires (non polarisés, souvent dénomés NP), qui représentent une excellente solution aux problèmes de polarisation et de distorsion qui y sont liés. Si vous devez utiliser un tel composant et que vous n'en trouvez pas (ou si celui que vous avez trouvé est d'un prix trop élevé pour votre bourse), vous pouvez utiliser deux condensateurs montés tête-bêche. Deux condensateurs polarisés montés ainsi sont équivalents à un seul condensateur non polarisé (le signe - de "C1-C2" indique l'association en série des deux condensateurs, et non pas une opération algébrique).

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Cela n'est pas aussi sexy, ça occupe un peu plus de place, mais c'est une solution de secours. Notez en passant que la capacité résultante de deux condensateurs de même valeur ainsi montés en série équivaut à la moitié d'un seul. Les deux condensateurs de 220 uF du schéma précédent équivalent donc à un condensateur unique de 110 uF.

Valeur d'un condensateur de liaison
Un condensateur de liaison C forme un filtre passe-haut (coupe-bas) avec la résistance d'entrée R (ou impédance d'entrée Z)  du circuit qui fait suite. La valeur de ce condensateur dépend donc de la fréquence de coupure Fc désirée dans le bas du spectre, selon la formule suivante :
Fc = 1 / (2 * Pi * R * C) 
ou, quand la formule est retournée :
C = 1 / (Fc * 2 * Pi * R)
D'une manière générale et en basse fréquence, on se retouve souvent avec quatre ordres de grandeur d'impédance d'entrée (ou de charge) :
- impédance "très faible", entre 2 et 16 ohms (haut-parleur)
- impédance d'entrée "faible", 200 à 2 kO (entrée microphone)
- impédance d'entrée "moyenne", entre 10 kO et 100 kO (entrée ligne)
- impédance d'entrée "haute", supérieure à 300 kO (entrée instrument / Hi-Z)
Pour une même fréquence de coupure, la valeur du condensateur de liaison peut varier dans de grandes proportions puisqu'elle dépend de l'impédance d'entrée. Fixons par exemple la fréquence de coupure à 10 Hz et calculons la valeur du condensateur de liaison C requise pour quatre valeurs différentes de résistance d'entrée R.
- Si R = 4 ohms, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 4) = 0.00398 F = 3980 uF
- Si R = 600 ohms, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 600) = 0.0000265 F = 26 uF
- Si R = 10 kO, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 10000) = 0.00000159 F = 1,6 uF
- Si R = 1 MO, alors C = 1 / (10 * 6,28 * 1000000) = 0.000000016 F = 16 nF
Cela explique qu'on trouve souvent des valeurs assez "faibles" en entrée d'un préampli BF, et des valeurs assez "élevées" en sortie d'un ampli BF.

Pourquoi l'ajout d'un condensateur de liaison occasionne-t-il parfois des "Plops" ?

Cela est lié à des différences de tension existantes sur les deux pattes d'un condensateur. Pour être plus précis, cela est souvent causé par l'absence de référence de potentiel sur au moins une des deux bornes du condensateur. Pour mieux comprendre, examinons le dessin suivant, qui pourrait représenter la sortie d'une console audio que l'on souhaiterait raccorder sur l'entrée d'un ampli de puissance. Le condensateur C1 est situé en bout de chaîne de la console de mélange (sortie principale) et le condensateur C2 est placé juste à l'entrée de l'ampli de puissance.

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Supposons que l'électronique qui précède le condensateur de sortie de la console (point A de C1) laisse "traîner" une tension continue de +6V. Cette tension ne doit pas être transmise à la sortie de la console, et c'est la raison principale pour laquelle le constructeur de cette console a décidé de mettre un condensateur à cet endroit. Le point B de C1 est laissé en l'air, sauf quand la sortie est raccordée à quelque chose. Côté ampli, le constructeur, qui s'est dit "Avec tous ces sagouins de concepteurs, il ne serait pas très surprenant qu'une tension continue arrive sur l'entrée de mon ampli, et cela m'embête bien. Je vais donc ajouter un condensateur d'entrée, afin de pallier cette éventualité". Et de ce côté-ci, on se retrouve avec un condensateur C2, dont le potentiel de la patte B est de +1V parce que l'électronique qui suit fait en sorte que ce soit ainsi, et la patte A se retrouve en l'air, sauf bien sûr quand l'entrée est raccordée à quelque chose. Vous commencez à percevoir les choses ? D'un côté nous avons +6V, de l'autre, nous avons +1V. Et au raccord des deux, qu'avons-nous ? Eh bien c'est là le problème ! Une tension "bâtarde", qui va dépendre des courants de fuite des condensateurs, et se traduire par des variations plus ou moins aléatoires de la composante continue, pouvant provoquer de brusques montées ou descentes de la tension au point B. Appareils connectés, cela se traduit par un son "mou", voire distordu sur les crêtes. Lors de l'interconnection des appareils, cela peut se traduire par des plops.
La solution ? Fixer le potentiel des pattes des condensateurs à une valeur connue, de telle sorte que les condensateurs soient toujours dans un état "stable", d'un point de vue polarisation en continu. La plupart du temps, il suffit d'ajouter une résistance d'assez forte valeur (100K à 1M) entre ladite patte et la masse, pour fixer le potentiel à zéro volt, comme le montre le dessin suivant (les deux constructeurs ont finalement eu la bonne idée au même moment, mais cela coûte, de rajouter une résistance, vous savez). En procédant ainsi, tous les courants de fuite des condensateurs sont véhiculés à la masse.

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De la sorte, le potentiel des pattes des condensateurs qui restaient en l'air est désormais fixé à zéro volt des deux côtés, le "heurt" de la connexion des deux appareils sera moins brutal.

Remarques