Les condensateurs électrolytiques en aluminium appartiennent à la catégorie des condensateurs fixes enroulés.

Ils se différencient des autres types (papier, film plastique...) par le fait qu'une armature (anode) est constituée d'une feuille d'aluminium lisse ou gravée sur laquelle a été déposée une couche très mince d'alumine par un procédé chimique. Le diélectrique est ici formé par l'alumine et la seconde armature est constituée par l'électrolyte retenu dans du papier poreux appelée parfois "papier buvard". La liaison avec l'électrolyte est réalisée au moyen d'une deuxième feuille d'aluminium, appelée cathode sur laquelle est fixée une borne de sortie. L'autre armature (anode) possède également une borne de sortie qu'il faudra relier impérativement à un potentiel plus grand que celui de la cathode (figure 8).

L'oxyde d'alumine présente une rigidité diélectrique élevée et peut être formé en couches extrêmement fines, de telle sorte que l'on obtient une valeur élevée de capacité par unité de volume du condensateur. Cela entraîne que les condensateurs électrolytiques présentent une capacité plus élevée que tous les autres types pour des dimensions et des tensions de service égales.

On obtient des condensateurs électrolytiques ayant des capacités de l'ordre de 1 µF à plus de 10 000 µF avec des tensions de service allant d'environ 3 à 500 V. La tolérance sur les valeurs nominales est assez large et peut atteindre jusqu'à + 100 %.

Comme nous l'avons déjà précisé, ces condensateurs ont la particularité d'être polarisés et leurs bornes sont repérées par les signes (+) et (-). Quand ils sont absents, il faut remarquer la borne qui est reliée au boîtier en aluminium (cathode : -) ou s'il a un étranglement pour indiquer que la borne la plus proche est l'anode (+).

Un condensateur électrolytique sert au filtrage ou au découplage. On applique à ses bornes une tension continue et une tension alternative superposées (50 Hz, 100 Hz ou B.F.). Le pourcentage de la tension alternative par rapport à la tension continue ne doit pas dépasser 15 % pour les tensions de service supérieures à 50 V. De plus, la somme de la tension continue et de la tension alternative de crête ne doit pas dépasser la tension de service nominale du condensateur.

On réalise, cependant, des condensateurs électrolytiques pour courant alternatifs obtenus en bobinant ensemble deux anodes formées au lieu d'une anode et d'une cathode.

Le schéma réalisé est celui de deux condensateurs polarisés, opposés et montés en série (figure 9). Les séparateurs sont doublés (quatre épaisseurs de papier entre chaque électrode). Toutes choses égales, la valeur de la capacité obtenue est la moitié de celle d'un condensateur normal.

Les condensateurs électrolytiques non polarisés peuvent fonctionner avec des grandeurs continues ou alternatives.

Quelques condensateurs électrolytiques de forme cylindrique particulièrement employés pour le filtrage de grandeurs électriques redressées sont illustrés figure 10-a. Les bornes sont axiales et le boîtier en aluminium peut se présenter avec ou sans revêtement plastique isolant.

La table de la figure 10-b donne une idée de leurs dimensions en fonction de leur valeur de capacité et de tensions de service les plus courantes ; chez un autre fabricant, ces valeurs peuvent changer sensiblement.

Figure 10-b. - Dimensions d'encombrement des condensateurs électrolytiques de la figure 10-a proportionnelles aux valeurs de capacité et de tension de service les plus courantes.

Il existe aussi des condensateurs avec deux bornes positives et une négative ; ils sont utilisés dans les cas où l'endroit disponible est trop petit. Il s'agit en fait de deux condensateurs enfermés dans une enveloppe cylindrique équipée de trois bornes.

La figure 11 représente ce type de condensateur double, l'un avec des bornes en fil de cuivre étamé et l'autre avec des bornes en languettes.

Les condensateurs à vis illustrés sur la figure 12 sont employés pour résister aux chocs et aux vibrations. Les armatures et l'électrolyte sont enfermés hermétiquement dans un boîtier métallique d'où sortent les bornes de raccordement.

Deux condensateurs électrolytiques à vis qui diffèrent entre eux seulement par le système de sortie des bornes sont illustrés sur les figures 12-a et 12-b ; pour le type illustré sur la figure 12-a, la borne négative est parfois absente ; dans ce cas, le raccordement électrique s'obtient en fixant le condensateur au moyen d'un écrou sur le châssis métallique de l'appareil qui est la masse (0 V) du circuit électrique.

Sur la figure 12-c, on retrouve un condensateur double mais qui peut être vissé. La remarque concernant la borne négative de la figure 12-a s'applique à celle de la figure 12-c.

Semblables à ces derniers, les condensateurs cylindriques en aluminium avec des pattes de fixation en forme d'épingle pour circuits imprimés, en utilisant une comme borne négative commune, pour les capacités multiples (figure 13).

Figure 13. - Condensateurs électrolytiques à capacité multiples avec pattes de fixation en épingle pour circuit imprimé.

Dans les appareils de dimensions réduites, quand des montages particulièrement compacts sont nécessaires et les tensions en jeu basses, on utilise des condensateurs miniatures comme sur la figure 14-a.

L'aspect extérieur des condensateurs les plus courants de ce type avec leurs dimensions en fonction de la valeur capacitive et de la tension de service y est illustré dans un tableau figure 14-b (ci-dessous). 

Les bornes peuvent être axiales pour les montages horizontaux (voir figure 14-a en haut à gauche) ou verticaux (figure 14-b en haut centré) ou bien axiales avec sortie du même côté pour les fixations exclusivement verticales sur circuit imprimé (figure 14-c à droite).

De production plus récente, les condensateurs électrolytiques au tantale présentent des caractéristiques nettement plus avantageuses que ceux en aluminium.

Tout d'abord, la constante diélectrique de l'oxyde de tantale est environ du double de celle de l'oxyde d'aluminium ; de plus, la pellicule de l'oxyde de tantale est beaucoup plus fine et présente des qualités de stabilité plus élevée.

Les caractéristiques montrent que l'on peut utiliser les condensateurs au tantale à des températures maximales de 125° C, alors que les condensateurs électrolytiques à l'aluminium ne sont utilisables que jusqu'à 85° C.

Les dimensions d'un condensateur au tantale sont nettement plus petites que celles de son équivalent à l'aluminium pour la même capacité et la même tension de service. La tolérance subit la même loi et on atteint ± 5 % avec le tantale, valeur irréalisable avec un condensateur électrolytique en aluminium. Le principe est le même que celui des condensateurs électrolytiques à anode en aluminium ; la différence est qu'ici, l'anode est au tantale.

Le diélectrique est un film d'oxyde de tantale dont la permittivité relative va de 11 à 26, ce qui permet de réaliser des condensateurs subminiatures et d'une grande fiabilité.

Le tantale est un métal réfractaire traité par métallurgie des poudres. Cette poudre de tantale est pressée en barreaux soumis à un premier frittage sous vide. Puis, ils sont forgés à froid pour être moins poreux. A nouveau, ils sont frittés sous vide vers 2 900° C pour atteindre une densité d'environ 16,5. Les lingots peuvent être laminés et étirés à froid jusqu'à obtenir des feuilles de 12 µm d'épaisseur et des fils de 0,1 mm de diamètre.

Modèle bobiné :

C'est la transposition au tantale du modèle à l'aluminium. Le tantale est laminé en bandes de 12 µm d'épaisseur dont chacune est formée par électrolyse sous tension variable. La bande est recouverte par une couche d'oxyde (Ta2 O5) dont l'épaisseur est d'environ 10^-7 cm par volt ; la tension de service est limitée à 150 V. La bande de tantale n'a pas besoin d'être gravée, car elle est naturellement poreuse, sa surface utile est le double de la surface réelle.

Le bobinage est placé dans un boîtier en argent ou en cuivre argenté. L'imprégnation s'effectue sous vide avec un électrolyte à résistance élevée à base de glycol, d'acide borique, de sulfate de sodium ou de chlorure de lithium. Les fils de sortie sont en tantale, prolongés par des fils de nickel étamés, soudés électriquement (figure 16).

L'anode est constituée par une pastille de poudre de tantale pressée et frittée (appelée aussi "pellet"). La pastille étant poreuse, on obtient une surface active de 1 m² par cm³ de volume.

On forme l'anode au moyen d'un électrolyte très fluide et de faible résistance. C'est l'acide sulfurique qui convient le mieux. La cathode est formée par un boîtier en argent qui assure un bon contact avec l'électrolyte et n'est pas attaqué par lui. La sortie cathodique est réalisée par un fil de cuivre étamé soudé au boîtier. La sortie anodique est constituée par un fil de tantale pressé contre la pastille. Il est soudé électriquement à un fil de nickel étamé qui sort du condensateur. Le boîtier en argent est obturé par une résine thermodurcissable ou protégé par un manchon métallique ou isolant selon le cas (figures 17-a, 17-b et 17-c).

C'est un condensateur à anode massive frittée dans lequel l'électrolyte liquide est remplacé par du bioxyde de manganèse solide. Un tel condensateur est plus robuste, il peut être stocké pendant une longue période sans altération.

L'anode est obtenue et formée comme précédemment. Puis, elle est recouverte par une couche de bioxyde de manganèse obtenue par pyrolyse d'une solution aqueuse de nitrate de manganèse qui pénètre dans tous les pores de l'anode. Elle est ensuite enduite de carbone colloïdal et argentée par réduction chimique. La connexion d'anode est obtenue comme précédemment. L'ensemble est introduit dans un boîtier en métal argenté. Il est indispensable que le contact de cathode soit parfait. Le boîtier est fermé par un bouchon de résine synthétique. Avant stockage, on effectue un vieillissement, comme du reste pour tous les condensateurs électrolytiques. Ne contenant pas de liquide, aucune congélation de l'électrolyte aux basses températures n'est à craindre (figures 18-a, 18-b et 18-c).