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Circuit RC : constante de temps et charge du condensateur

Calculez la constante de temps d'un circuit RC, la tension du condensateur après un temps donné, le temps de charge complète et la fréquence de coupure.

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Valeur hors limites

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V

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s

Valeur hors limites

Résultats

Constante de temps τ

1,0000 s

Tension du condensateur à cet instant

3,161 V

Part de la charge complète
63,2 %
Temps pour environ 99 % de charge (5τ)
5,0000 s
Fréquence de coupure du filtre RC
0,159 Hz

La constante de temps

Quand un condensateur se charge à travers une résistance, sa tension ne monte pas instantanément : elle suit une courbe exponentielle. La rapidité de cette courbe est fixée par la constante de temps :

τ = R × C

avec R en ohms et C en farads, τ est en secondes. 1 kΩ × 1 µF = 1 ms.

Charge et décharge

  • Charge : u(t) = E × (1 − e^(−t/τ))
  • Décharge : u(t) = U₀ × e^(−t/τ)
Temps Charge atteinte Reste lors de la décharge
1τ 63,2 % 36,8 %
2τ 86,5 % 13,5 %
3τ 95,0 % 5,0 %
4τ 98,2 % 1,8 %
5τ 99,3 % 0,7 %

On considère en pratique qu’un condensateur est chargé ou déchargé après 5τ. Graphiquement, la tangente à l’origine de la courbe de charge coupe l’asymptote à t = τ, une méthode classique en TP.

Exemple

Une résistance de 10 kΩ charge un condensateur de 100 µF sous 5 V.

  1. Constante de temps : 10 000 × 0,0001 = 1 seconde.
  2. Après 1 seconde, la tension du condensateur vaut 5 × (1 − e⁻¹) = 3,16 V, soit 63,2 % de la charge.
  3. Le condensateur est pratiquement chargé au bout de 5 secondes.
  4. Utilisé en filtre passe-bas, ce couple RC a une fréquence de coupure de 1 ÷ (2π × 1) = 0,159 Hz.

Les filtres RC

Une résistance et un condensateur forment le filtre le plus simple :

  • Passe-bas (sortie aux bornes du condensateur) : laisse passer les signaux lents, atténue les rapides.
  • Passe-haut (sortie aux bornes de la résistance) : bloque le continu et les variations lentes.
  • À la fréquence de coupure fc = 1 ÷ (2πRC), la sortie est atténuée de 3 dB, soit environ 70,7 % de l’amplitude, avec un déphasage de 45°.

Usages courants

  • Temporisations, comme le célèbre circuit NE555, dont la période dépend de R et C.
  • Anti-rebond des boutons poussoirs.
  • Lissage d’alimentations et de mesures de capteurs.
  • Liaison entre étages audio en bloquant la composante continue.
  • Remise à zéro d’un microcontrôleur à la mise sous tension.

En pratique

Les condensateurs réels ont une tolérance de ±10 à 20 % et des fuites, surtout les électrochimiques : pour une temporisation précise, préférez des condensateurs film ou un quartz. Respectez toujours la tension maximale et la polarité des condensateurs.

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la constante de temps d'un circuit RC ?

τ = R × C, en secondes si R est en ohms et C en farads. C'est le temps nécessaire pour que le condensateur se charge à environ 63,2 % de la tension d'alimentation.

Combien de temps pour charger complètement un condensateur ?

On considère qu'il est chargé après environ 5τ, à 99,3 % de la tension d'alimentation. Avec 10 kΩ et 100 µF, τ vaut 1 seconde : le condensateur est pratiquement chargé après 5 secondes.

Quelle est la tension du condensateur pendant la charge ?

u(t) = E × (1 − e^(−t/τ)). Elle atteint 63,2 % de E après une constante de temps, 86,5 % après deux et 95,0 % après trois.

Quelle est la fréquence de coupure d'un filtre RC ?

fc = 1 ÷ (2π R C). À cette fréquence, un filtre passe-bas RC atténue le signal de 3 dB, soit environ 70,7 % de son amplitude.

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