ESR

Chaque condensateur, aussi idéal qu'il puisse paraître sur le schéma, contient une petite quantité de résistance série. C'est la résistance série équivalente, ou ESR : la résistance combinée des connexions internes du condensateur, du matériau des plaques, de l'électrolyte et des broches. Dans un composant réel, le courant doit traverser tous ces matériaux pour atteindre le mécanisme de stockage de charge du condensateur, et chaque chemin introduit une résistance. L'ESR est mesurée en milliohms et agit comme un véritable élément série avec la capacité, et non comme un chemin de fuite parallèle.

L'ESR varie fortement selon le type de condensateur. Les condensateurs céramiques ont généralement des valeurs d'ESR comprises entre 10 et 100 milliohms ; les condensateurs à film varient de 50 à 500 milliohms ; les condensateurs électrolytiques en aluminium vont de 50 à 1000 milliohms selon l'âge et l'état ; et les supercondensateurs peuvent être aussi bas que 1 à 10 milliohms. La température, la fréquence et la tension appliquée modifient toutes l'ESR pendant le fonctionnement. Les condensateurs électrolytiques vieillissants voient leur ESR augmenter à mesure que l'électrolyte sèche, dégradant les performances bien avant que la capacité elle-même ne tombe en dessous de la tolérance.

L'ESR est la plus importante dans les circuits haute fréquence ou à courant élevé. Dans les alimentations à découpage, l'ESR détermine la tension d'ondulation et la dissipation d'énergie dans le filtre de sortie. Un condensateur avec une ESR de 1 ohm et un courant d'ondulation de 10 ampères dissipe 100 milliwatts et contribue à 10 millivolts de bruit ; un condensateur de 100 milliohms ne dissipe que 1 milliwatt mais ajoute 1 millivolt. Dans les équipements audio, une faible ESR est audible : les condensateurs électrolytiques à ESR élevée dans les chemins de signal introduisent une distorsion et un déphasage que les concepteurs compétents évitent.

Mesure et sélection

L'ESR n'est pas mesurée avec un simple ohmmètre. Des analyseurs d'impédance spécialisés balayent la fréquence de 10 hertz à 1 mégahertz et tracent l'impédance en fonction de la fréquence ; la valeur d'impédance minimale est l'ESR. De nombreux multimètres de banc incluent maintenant un mode ESR qui estime cette valeur en injectant un signal CA connu et en calculant la composante résistive. À des fréquences plus élevées, l'impédance du condensateur peut augmenter à nouveau en raison de l'inductance, créant un second minimum que les ingénieurs doivent prendre en compte lors du choix des composants pour des applications spécifiques.

La sélection des composants nécessite d'adapter l'ESR à la charge. Les chargeurs d'ordinateurs portables et les alimentations de serveurs spécifient explicitement les limites d'ESR car la réjection d'ondulation et la stabilité thermique en dépendent. Un condensateur évalué à 10 microfarads sous 16 volts avec 500 milliohms d'ESR n'aura pas le même rôle qu'un autre avec 50 milliohms d'ESR, même si les deux ont une capacité nominale identique. Les concepteurs travaillant avec des marges serrées mesurent ou testent les pièces réelles du lot de production, car les tolérances du fabricant sur l'ESR peuvent être larges.