Bài 6. Tụ điện
Chia sẻ bởi Lê Phước Vinh |
Ngày 19/03/2024 |
9
Chia sẻ tài liệu: Bài 6. Tụ điện thuộc Vật lý 11
Nội dung tài liệu:
Tụ điện
Mục lục
Tổng quan về tụ điện
Phân loại tụ điện và cách đọc
Một số loại tụ điện
Chức năng và ứng dụng
Mạch điện của tụ
Tính chất tụ điện
Chay Leyden
Phần 1: Tổng quan về tụ điện
1. Khái niệm tụ điện
- Tụ điện là một linh kiện quan trọng trong số 5 linh kiện của thiết bị điện tử, tụ điện không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều, hiểu cấu tạo và hoạt động cũng như ứng dụng của tụ điện là điều rất cần thiết.
- Là dụng cụ có hai bản cực kim loại, được ngăn cách bằng chất điện môi có chiều dày tương đối nhỏ so với kích thước các cực. Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động lệ thuộc vào tần số . Một công cụ có tác dụng lưu trữ năng lượng ở dạng điện năng (năng lượng của điện trường khi có dòng điện đi qua). Cấu tạo của một tụ điện gồm hai điện cực và điện môi (dielectric) ở giữa.
- Tụ điện được dùng trong các mạch điện để tạo điện dung tập trung. Gọi là Tụ điện vì khi nối 2 bản cực với hiệu điện thế V thì trên mỗi bản cực có tích điện tích Q = CV (+Q ở bản cực nối với điện thế cao; -Q ở bản cực nối với điện thế thấp). C gọi là điện dung. Tụ điện thường được nối thành nhóm: - Khi mắc song song thì có điện dung: Cbộ = C1 + C2 + ... + Cn; - Khi mắc nối tiếp thì 1/Cbộ = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn , trong đó C1, C2, ..., Cn là điện dung của từng tụ điện.
- Điện dung là tính chất vật lý của tụ điện dùng để ám chỉ dung lượng Điện Tích trên bề mặt của tụ điện của một Điện Thế . Trong hệ đơn vị SI, điện dung được đo bằng đơn vị fara. Tuỳ theo loại điện môi, vật liệu làm bản cực và phương pháp chế tạo, người ta chia ra: tụ giấy, tụ không khí, tụ màng mỏng, tụ hoá.Fara; Điện dung
2. Tụ điện
a/Mô tả
Một tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối diện với nhau. Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các kim loại khác nhau, được đặt giữa các điện cực. Trong sơ đồ này, không khí có tác dụng như chất cách điện.
Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng cách nối các cực âm và dương của một ắc quy, các điện cực đối diện sẽ mang điện dương và âm. Các điện tích sẽ không thay đổi kể cả sau khi nguồn điện đã được ngắt ra, khi đó tụ điện có tác dụng tích điện. Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị đoản mạch, sẽ có một dòng điện tức thời, và dòng điện tích lại sẽ trở thành trung hòa và mất đi. Vì vậy tụ điện này được phóng điện.
Ngoài chức năng tích điện mô tả trên đây, một đặc điểm đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua.
Dưới đây là các thí dụ về các mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện: Mạch điều chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi sử lý, và một mạch định thời sử dụng lượng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện. Cũng như vậy các dòng điện sử dụng đặc điểm của tụ điện để ngắt dòng điện một chiều là các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành phần cụ thể của tần số.
Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện được sử dụng trong các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn như để loại trừ tiếng ồn hoặc thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc
b/Các đặc điểm tích điện của tụ điện
Khi đặt một điện áp của dòng điện một chiều vào tụ điện đã phóng điện hoàn toàn, dòng điện sẽ bắt đầu chạy ở một tốc độ nhanh. Sau khi tụ điện bắt đầu tích điện, dòng điện sẽ giảm xuống. Cuối cùng, khi dung lượng tĩnh điện (khả năng tích điện của tụ điện) của tụ điện đã đạt được, dòng điện sẽ dừng chạy. Điện áp của tụ điện ở thời điểm này bằng điện áp đặt.
3. Điện dung của tụ điện
a) Định nghĩa. Ta hãy tích cho tụ điện một điện tích , khi đó hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là . Ta lại tích cho tụ điện điện tích , khi đó hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là . Thực nghiệm cho thấy, với một tụ điện nhất định, thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó là một đại lượng không đổi, có thể đặc trưng cho tụ điện điện về khả năng tích điện. Ta gọi thương số đó là điện dung của tụ điện.
Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và được đo bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện
b) Đơn vị điện dung. Trong công thức trên nếu ta lấy culông, vôn thì đơn vị điện dung trong hệ SI có tên gọi là fara, ký hiệu là .
Fara là điện dung của một tụ điện có điện tích là 1 culông khi hiệu điện thế giữa hai bản là 1 vôn .
Trong thực tế các tụ điện thường có điện dung nhỏ hơn fara rất nhiều, do đó người ta hay dùng ước lượng của fara:
1 micrôfara
1 picôfara
4. Điện dung của tụ điện phẳng
Những tụ điện khác nhau có điện dung khác nhau. Thực nghiệm cho thấy điện dung của một tụ điện phụ thuộc vào: Hình dạng kích thước của bản, vị trí tương đối của hai bản va vào bản chất của điện môi giữa hai bản.
Điện dung của tụ điện phẳng tỷ lệ với phần điện tích đối diện nhau của hai bản, với hằng số điện môi của điện môi giữa hai bản và tỷ lệ nghịch với khoảng cách hai bản
Công thức điện dung của tụ điện phẳng trong hệ SI là
Trong đó là diện tích một bản(phần đối diện với bản kia), là khoảng cách giữa hai bản, là hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản.
Theo công thức, muốn tăng điện dung của tụ điện ta có thể tăng diện tích , chọn điện môi có hằng số điện môi lớn và giảm . Nhưng ta không thể giảm khoảng cách đến mức cường độ điện trường trong tụ điện trở thành quá lớn (vì ) làm hỏng điện môi (điện môi bị đánh thủng). Vì vậy mỗi tụ điện (có nhất định) có một giá thị hiệu điện thế tối đa mà nó chịu đựng được, gọi là hiệu điện thế giới hạn và khi sử dụng ta không thể mắc tụ điện vào hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế giới hạn đó.
5. Điện tích của tụ điện. Nếu ta nối hai bản của tụ điện vào cực của một nguồn điện (pin, máy phát điện ...) thì tụ điện được tích điện . Do tác dụng của nguồn điện êlectrôn sẽ đi đến một bản, làm cho nó tích điện âm; còn bản kia mất bớt êlectrôn, tích điện dương. Điện tích của hai bản trái dấu và bằng nhau về độ lớn. Ta gọi độ lớn của điện tích trên bản tích điện dương là điện tích của tụ điện.
Vì hai bản tụ điện đặt gần nhau nên đường sức xuất phát từ bản này đều kết thúc ở bản kia.
6. Cho biết cấu tạo của tụ điện ?
- Tụ điện có cấu tạo cơ bản là hai bản cự kim loại đặt song song, tuỳ theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên goi tương ứng .VD : Lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, là gốm cho ta tụ gốm hoặc là lớp hoá chất thì cho ta tụ hoá .
7. Có những loại tụ điện nào ?
- Có ba loại tụ chính là tụ giấy, tụ gốm và tụ hoá . Tụ giấy và tụ gốm là các tụ không phân cực và có trị số nhỏ < 470 NanoFara, còn tụ hoá thường có trị số lớn từ 0,47 Micro Fara đến hàng nghìn Micro Fara và tụ hoá có phân cực âm dương.
8. Đơn vị của tụ điện là gì ?
- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như
+ P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara
+ N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara
+ MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara
=> 1 Micro = 1000 Nano = 1000.000 Pico.
9. Trị số tụ điện được ghi như thế nào ?
- Tụ hoá ( là tụ có hình trụ ) trị số được ghi trực tiếp trên thân . VD : 10 Micro, 100 Micro , 470 micro
- Tụ giấy và tụ gốm ( hình dẹt ) trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số VD : 103J, 223K, 471J vv... Trong đó ba số đầu ký hiệu cho giá trị , chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số.
10. Cách đọc trị số tụ giấy và tụ gốm như thế nào ?
- Cách đọc như sau : hai số đầu giữ nguyên , số thứ 3 tương ứng với số con số 0 thêm vào sau và lấy đơn vị là Pico
VD: 103J sẽ là 10000 pico = 10 Nano hoặc 471K sẽ là 470 Pico
- Có một cách ký hiệu khác VD .01J, .22K, nếu ký hiệu như vậy thì lấy đơn vị là Micro : .01J nghĩa là 0,01 Micro = 10 Nano, .022K là 0,022 Micro = 22 Nano
11. Trị số điện áp ghi trên tụ có ý nghĩa gì ?
- Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì lớp cách điện sẽ bị đánh thủng , trong thực tế ta phải lắp tụ có trị số điện áp cao gấp khoảng 1,5 lần điện áp của mạch điện.
12. Tụ điện có cho điện áp một chiều đi qua không ?
- Với điện áp một chiều thì tụ hoàn toàn cách điện vì áp một chiều có tần số F = 0 Hz mà dung kháng của tụ lại phụ thuộc vào tần số theo công thức Zc = 1/ ( 2 x 3,14 x F x C ) khi tần số F = 0 Hz thì dung kháng Zc = vô cùng, do đó tụ không dẫn điện một chiều .
13. Tụ điện có cho điện áp xoay chiều đi qua không, và đi qua như thế nào ?
+ Tụ điện cho điện áp xoay chiều đi qua vì điện áp xoay chiều có tần số > 0 do đó dung kháng của tụ < vô cùng, khi đó tụ dẫn điện như một điện trở (nhưng tụ không tiêu thụ công xuất như điện trở ). Tần số điện xoay chiều càng cao hoặc điện dung tụ càng lớn thì Zc (dung kháng) càng nhỏ và điện áp đi qua tụ càng dễ dàng.
14. Tại sao điện áp xoay chiều lại đi qua được tụ ?
+ Thực ra không có điện tử (e ) nào đi qua hai bản tụ cả, tụ dẫn điện xoay chiều là vì tính chất phóng nạp của tụ điện. Khi điện áp bên ngoài lớn hơn điện áp giữa hai bản cực thì tụ nạp điện và ngược lại khi điện áp bên ngoài nhỏ hơn thì tụ phóng điện, điện áp xoay chiều liên tục đổi chiều do đó tụ cũng liên tục phóng nạp và trở thành dẫn điện .
15. Ứng dụng của tụ điện là gì ?
+ Tụ điện có các ứng dụng chính như sau :
- Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng . Đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn .
- Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở thành tụ lọc .
16. Tụ giấy, gốm và tụ hoá có ứng dụng giống nhau không ?
+ Cùng là tụ thì đều có tính chất dẫn điện xoay chiều và lọc phẳng điện áp một chiều, tuy nhiên tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp.
17. Tụ điện hay hỏng ở dạng gì ?
+ Tụ giấy và tụ gốm hay hỏng ở dạng bị dò hoặc bị chập .
+ Tụ hoá lại hay hỏng ở dạng bị khô ( giảm điện dung ) hoặc bị nổ do điện áp tăng .
18. Tụ điện hỏng thường sinh ra những bệnh đặc trưng gì ?
+Tụ hoá hỏng thường sinh các bệnh về chất lượng và những bệnh này thường khó kiểm tra do tụ không hỏng hẳn mà hỏng ở dạng giảm trị số, một đặc điểm là hỏng tụ thì máy càng chạy lâu bệnh càng giảm dần hoặc hết bệnh.
+ Tụ giấy và tụ gốm hỏng thường gây chập mạch do tụ bị dò hoặc chập.
19. Cách kiểm tra tụ điện trong mạch điện như thế nào ?
+ Nếu nghi tụ bị hỏng ta phải hút rỗng một chân ra khỏi mạch hoặc tháo ra ngoài để đo
- Với tụ giấy hay tụ gốm thì dùng thang 1K ohm hay 10K ohm để kiểm tra, Tụ tốt là sau khi phóng nạp kim đồng hồ phải trở về vị trí cũ , nếu kim không trở về hoặc lên = 0 ohm là tụ bị dò hoặc chập.
- Với tụ hoá thì dùng thang 1 ohm hoặc 10 ohm kiểm tra độ phóng nạp và phải so sánh với một tụ cùng trị số điện dung và mới, nếu độ phóng nạp bằng nhau là tụ còn tốt, nếu độ phóng nạp kém tụ mới là tụ bị giảm điện dung .
Phần 2: Phân loại tụ điện
và cách đọc
Tụ điện theo đúng tên gọi chính là linh kiện có chức năng tích tụ năng lượng điện..
Trong một số các mạch điện đơn giản, để đơn giản hóa trong quá trình tính toán hay thay thế tương đương thì chúng ta thường thay thế một tụ điện bằng một dây dẫn khi có dòng xoay chiều đi qua hay tháo tụ ra khỏi mạch khi có dòng một chiều trong mạch. Điều này khá là cần thiết khi thực hiện tính toán hay xác định các sơ đồ mạch tương đương cho các mạch điện tử thông thường.
Để đặc trưng cho khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện, người ta đưa ra khái niệm là điện dung của tụ điện. Điện dung càng cao thì khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện càng lớn và ngược lại. Giá trị điện dung được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F). Giá trị F là rất lớn nên thông thường trong các mạch điện tử, các giá trị tụ chỉ đo bằng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF), nano Fara (nF) hay picro Fara (pF).
1F=106μF=109nF=1012pF
1. Tụ điện giấy có hai bản là chiếc lá nhôm hoặc thiếc, ở giữa có lớp giấy cách điện (tẩm parafin) làm điện môi. Để giảm kích thước của tụ điện người ta cuộn các lớp đó lại
2. Tụ điện mica có các bản làm bằng nhôm, thiếc; điện môi là mica. Tụ điện mica thường có hiệu điện thế giới hạn cao, tới hàng nghìn vôn
3. Tụ điện sứ có điện môi làm bằng sứ đặc biệt, thường có hằng số điện môi lớn. Do đó tụ điện có điện dung tương đối lớn với kích thước khá nhỏ.
4. Tụ điện hoá học có các bản là những lá nhôm, điện môi là lớp ôxit nhôm rất mỏng được tạo nên bằng phương pháp điện phân. Vì thế điện dung của tụ điện hoá học có thể khá lớn (hàng chục ) với kích thước tụ điện tương đối nhỏ. Cần đề phòng trường hợp tụ điện bị hỏng khi ta mắc nhầm cực của nó vào mạch điện.
5. Tụ điện có điện dung thay đổi gồm hai hệ thống lá kim loại đặt cách điện với nhau: một hệ cố định, một hệ có thể xoay quang một trục. Điện dung của tụ điện càng lớn khi phần diện tích đối diện của hai hệ càng lớn. Điện dung lớn nhất của tụ điện loại này thường không quá vài nghìn picôfara. Điện môi của tụ điện loại này thường là không khí, cũng có khi là những lá cách điện bằng chất dẻo, hoặc là dầu cách điện. Tụ điện loại này được dùng rộng rãi trong vô tuyến điện
6. Tụ Điện Âm Dương :là một loại tụ điện có phân cực âm dương.
Tụ Điện Âm Dương là một loại Tụ Điện có Điên Dung lớn hơn so với Tụ Điện thường.Vì khi chế biến tụ điện Âm Dương Nhôm được dùng làm 2 bề mặt dẩn điện
Trong mạch điện, Tụ Điện Âm Dương cho ra Dòng Điện Cao tại tần số thấp nên thường dùng trong bộ phận phát điện.
►Ngoài ra có thể phân loại tụ điện theo cách sau:
A. Các tụ điện cố định.
Được gọi là cố định hoặc tĩnh tại, các tụ điện mà khả năng không thể thay đổi được. Thể loại chính là: tụ điện khô, tụ điện dầu, tụ điện ga, tụ điện trong dầu và tụ điện điện môi.
1) Trong các tụ điện khô, các khung cốt và điện môi được trình bày thường thấy nhất dưới hình thức các thanh bắt xếp chồng lên nhau, hoặc các băng hoặc là được uốn dây. Trong một số tụ điện khô, các lớp lót kim loại được áp dụng, qua phương pháp hoá học hoặc phương pháp nhiệt, trên một điện môi dầy đặc. Các tụ điện khô có thể được khép trong một hộp có đầu kẹp dây hoặc được dùng không cần hộp.
2) Các tụ điện dầu có cùng cấu trúc gần với tụ điện trên nhưng chất điện môi, thông thường là một cuộn bằng chất liệu plastic hoặc một cuộn bằng chất liệu plastic và giấy, được ngâm tẩm một chất dầu nhờn đặc biệt hoặc một chất lỏng khác.
3) Các tụ điện ga là các tụ điện bao gồm hai hoặc nhiều điện cực được phân cách bởi ga, khác với không khí, làm thành chất điện môi.
4) Thậm chí đôi khi tụ điện được gá trong một chậu đầy dầu hoặc một chất lỏng tương tự (tụ điện trong dầu) và có thể gồm các bộ phận phụ như áp kế, xu-pap an toàn.
5) Trong các tụ điện điện phân, một trong các khung thông thường là một bản nhôm hoặc tantali, còn vai trò của khung khác được tạo bởi một cực điện phân thích hợp, ở đó, dòng điện phóng qua nhờ một cực điện, đôi khi có cùng hình dáng như khung đầu. Hành động điện phân làm sinh ra trên bề mặt nhôm hoặc tantali một lớp mỏng các chất phù hợp, đấy là điện môi. Tất cả được đặt trong một hộp đựng mà trong một số trường hợp tự nó thay thế cho khung thứ nhất và có thể để cố định, bao gồm một bệ có chân, theo kiểu một số đèn hoặc van. Đôi khi, chất điện phân không quấy đảo được vì là một chất xền xệt, thì tụ điện điện phân cũng được gọi là tụ điện khô.
B. Tụ điện thay đổi.
Là các tụ điện mà người ta có thể cải biến dung lượng tuỳ ý. Thông thường chúng dùng không khí làm điện môi và khung của chúng thông thường nhất bao gồm một lô các bản kim loại, chia làm hai nhóm, một nhóm cố định còn nhóm khác đặt trên một trục, có thể được xoay thành ra các bản kim loại có thể qua giữa các bản cố định. Mức độ mà các bản cơ động (rôto) được xoay và lấn lên các bản cố định (xtato) làm thay đổi dung lượng của tụ điện.
C. Tụ điện có thể điều chỉnh được.
Tụ điện loại này, trong đó một số được sử dụng riêng biệt như tụ điện góp, thông thường được gọi là "trimmer" , sẵn sàng cho việc điều chỉnh chính xác bằng việc biến đổi rất ít dung lượng của chúng. Việc điều chỉnh này có thể đạt được bằng nhiều cách. Trong một số kiểu, người ta làm biến thiên khoảng cách giữa các khung nhờ một vít vặn chặt. Các kiểu mẫu khác gồm hai xilanh đồng tâm bằng kim loại, mà người ta có thể làm cho chiếc này xuyên qua chiếc kia ít nhiều hoặc bằng hai bán cầu cùng di chuyển. Nói chung các chất điện môi được dùng là mica, vật liệu gốm, vật liệu nhựa hoặc không khí
Phần 3: Một số loại tụ điện
1. Tụ hoá
Một tụ điện điện phân (tiếng Anh: electrolytic capacitor, còn được gọi là tụ hoá) là một loại tụ điện với điện dung lớn trên mỗi đơn vị thể tích so với nhiều loại khác, có ý nghĩa quan trọng trong các mạch có tần số thấp và cường độ dòng điện cao. Nó được dùng nhiều trong các bộ lọc cung cấp nguồn, nơi mà điện tích lưu trữ cần cho việc điều tiết điện áp ra và sự dao động của dòng điện, trong chỉnh lưu ngõ ra, và đặc biệt khi thiếu nguồn pin sạc để cung cấp dòng điện tần số thấp.
Tụ điện điện phân bằng nhôm được tạo từ hai lá nhôm kim loại dẫn điện, một trong chúng được phủ một lớp ôxít cách điện, và một miếng đệm bằng giấy được nhúng trong chất điện phân. Lá được phủ bởi lớp ôxít là anốt còn chất điện phân là chất rắn và lá thứ hai đóng vai trò là catốt. Chúng được cuộn lại, đưa vào các chân nối và đặt vào bên trong lớp bọc bằng nhôm hình trụ.
Kí hiệu tụ hoá và hình dạng tụ hoá.Tụ hóa là một loại tụ có phân cực. Chính vì thế khi sử dụng tụ hóa yêu cầu người sử dụng phải cắm đúng chân của tụ điện với điện áp cung cấp. Thông thường, các loại tụ hóa thường có kí hiệu chân cụ thể cho người sử dụng bằng các ký hiệu + hoặc = tương ứng với chân tụ.
Có hai dạng tụ hóa thông thường đó là tụ hóa có chân tại hai đầu trụ tròn của tụ (tụ có ghi 220μF trên hình a) và loại tụ hóa có 2 chân nối ra cùng 1 đầu trụ tròn (tụ có ghi giá trị 10μF trên hình a). Đồng thời trên các tụ hóa, người ta thường ghi kèm giá trị điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được. Nếu trường hợp điện áp lớn hơn so với giá trị điện áp trên tụ thì tụ sẽ bị phồng hoặc nổ tụ tùy thuộc vào giá trị điện áp cung cấp. Thông thường, khi chọn các loại tụ hóa này người ta thường chọn các loại tụ có giá trị điện áp lớn hơn các giá trị điện áp đi qua tụ để đảm bảo tụ hoạt động tốt và đảm bảo tuổi thọ của tụ hóa.
Tụ điện điện phân có sự phân cực, không giống như hầu hết tụ điện khác. Điều này là do lớp aluminum oxide được giữ yên chỗ bởi điện trường, và khi đảo cực, nó sẽ hòa tan vào electrolyte. Điều này làm xảy ra đoản mạch giữa electrolyte và aluminum. Chất lỏng sẽ nóng lên và tụ điện có thể phát nổ. Lớp aluminium oxide là dielectric, và độ mỏng của lớp này, cùng với khả năng chịu đựng một điện trường với cường độ khoảng 109 volts per metre, làm tạo ra dung tích cao của tụ điện. Các tụ điện hiện đại có van an toàn trên một mặt tròn để thông thoáng khí/chất lỏng nóng, nhưng tiếng nổ vẫn có thể lớn. Sự phân cực đúng đắn được viết ra trên gói bởi một lằn với dấu âm và có thể là những mũi tên, kí hiệu cực ngay cạnh đó âm hơn cực còn lại.
Tụ điện phân sẽ có hành vi giống như bất cứ tụ điện nào khác nếu cực bị nghịch đảo, cho đến điểm chúng bị hủy. Đây là lý do duy nhất cho yêu cầu về phân cực. Đa số vẫn chịu đựng nếu không có sự đảo cực (điện một chiều) hoặc chỉ điện xoay chiều, và có thể chịu sự đảo cực trong một khoảng thời gian, nhưng mạch điện nên được thiết kế sao cho không có sự đảo cực không đổi trong một lượng thời gian lớn. Một sự phân đúng cực không đổi sẽ làm tăng tuổi thọ của tụ điện.
Khác với tụ điện mà dùng một khối lượng chất điện môi làm từ các nguyên liệu cách điện, chất điện môi trong tụ điện điện phân phụ thuộc vào việc hình thành và duy trì của lớp ôxit kim loại cực nhỏ. So với tụ điện dùng chất điện môi, chất điện môi rất mỏng này cho phép điện dung lớn hơn trên mỗi đơn vị thể tích. Tụ điện điện phân thường dùng một hóa chất làm ướt bên trong, và chúng cuối cùng sẽ hỏng khi nước bên trong tụ điện bốc hơi.
2. Tụ Tantali
Tụ điện tantali (tiếng Anh: tantalum capacitors) thì đắt hơn rất nhiều so với tụ điện bằng nhôm, và thường dùng với điện áp thấp, nhưng chúng có điện dung cao hơn rất nhiều trên mỗi đơn vị thể tích và được dùng cho các ứng dụng thu nhỏ như điện thoại di động.
Tụ Tantali cũng là loại tụ hóa nhưng có điện áp thấp hơn so với tụ hóa. Chúng khá đắt nhưng nhỏ và chúng được dùng khi yêu cầu về tụ dung lớn nhưng kích thước nhỏ.
Các loại tụ Tantali hiện nay thường ghi rõ trên nó giá trị tụ, điện áp cũng như cực của tụ. Các loại tụ Tantali ngày xưa sử dụng mã màu để phân biệt. Chúng thường có 3 cột màu (biểu diễn giá trị tụ, một cột biểu diễn giá trị điện áp) và một chấm màu đặc trưng cho số các số không sau dấu phẩy tính theo giá trị μF. Chúng cũng dùng mã màu chuẩn cho việc định nghĩa các giá trị nhưng đối với các điểm màu thì điểm màu xám có nghĩa là giá trị tụ nhân với 0,01; trắng nhân 0,1 và đen là nhân 1. Cột màu định nghĩa giá trị điện áp thường nằm ở gần chân của tụ và có các giá trị như sau:
Tụ thường và kí hiệu
vàng=6,3V
Xám= 25V
Đen= 10V
Trắng= 30V
Xanh lá cây= 16V
Hồng= 35V
Xanh da trời= 20V
3. Tụ không phân cực
Các loại tụ nhỏ thường không phân cực. Các loại tụ này thường chịu được các điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V. Các loại tụ không phân cực này có rất nhiều loại và có rất nhiều các hệ thống chuẩn đọc giá trị khác nhau.
Rất nhiều các loại tụ có giá trị nhỏ được ghi thẳng ra ngoài mà không cần có hệ số nhân nào, nhưng cũng có các loại tụ có thêm các giá trị cho hệ số nhân. Ví dụ có các tụ ghi 0.1 có nghĩa giá trị của nó là 0,1μF=100nF hay có các tụ ghi là 4n7 thì có nghĩa giá trị của tụ đó chính là 4,7nF.
4. Các loại tụ có dùng mã
Mã số thường được dùng cho các loại tụ có giá trị nhỏ trong đó các giá trị được định nghĩa lần lượt như sau:
- Giá trị thứ 1 là số hàng chục - Giá trị thứ 2 là số hàng đơn vị
- Giá trị thứ 3 là số số không nối tiếp theo giá trị của số đã tạo từ giá trị 1 và 2.Giá trị của tụ được đọc theo chuẩn là giá trị picro Fara (pF). Chữ số đi kèm sau cùng đó là chỉ giá trị sai số của tụ.
Ví dụ: tụ ghi giá trị 102 thì có nghĩa là 10 và thêm 2 số 0 đằng sau =1000pF = 1nF chứ không phải 102pF . Hoặc ví dụ tụ 272J thì có nghĩa là 4700pF=4,7nF và sai số là 5%
5. Tụ có dùng mã màu
Sử dụng chủ yếu trên các tụ loại polyester trong rất nhiều năm. Hiện nay các loại tụ này đã không còn bán trên thị trường nữa nhưng chúng vẫn tồn tại trong khá nhiều các mạch điện tử cũ. Màu được định nghĩa cũng tương tự như đối với màu trên điện trở. 3 màu trên cùng lần lượt chỉ giá trị tụ tính theo pF, màu thứ 4 là chỉ dung sai và màu thứ 5 chỉ ra giá trị điện áp. - Ví dụ tụ có màu nâu/đen/cam có nghĩa là 10000pF= 10nF= 0.01uF.
+ Chú ý rằng ko có khoảng trống nào giữa các màu nên thực tế khi có 2 màu cạnh nhau giống nhau thì nó tạo ra một mảng màu rộng. - Ví dụ: Dải đỏ rộng/vàng= 220nF=0.22uF
6. Tụ Polyester
Ngày nay, loại tụ này cũng hiếm khi được sử dụng. Giá trị của các loại tụ này thường được in ngay trên tụ theo giá trị pF. Tụ này có một nhược điểm là dễ bị hỏng do nhiệt hàn nóng. Chính vì thế khi hàn các loại tụ này người ta thường có các kỹ thuật riêng để thực hiện hàn, tránh làm hỏng tụ.
7. Tụ điện biến đổi
Tụ điện biến đổi thường được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio và chúng thường được gọi là tụ xoay. Chúng thường có các giá trị rất nhỏ, thông thường nằm trong khoảng từ 100pF đến 500pF.
Rất nhiều các tụ xoay có vòng xoay ngắn nên chúng không phù hợp cho các dải biến đổi rộng như là điện trở hoặc các chuyển mạch xoay. Chính vì thế trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các mạch định thời hay các mạch điều chỉnh thời gian thì người ta thường thay các tụ xoay bằng các điện trở xoay và kết hợp với 1 giá trị tụ điện xác định.
8. Tụ chặn
Tụ chặn là các tụ xoay có giá trị rất nhỏ. Chúng thường được gắn trực tiếp lên bản mạch điẹn tử và điều chỉnh sau khi mạch đã được chế tạo xong. Tương tự các biến trở hiện này thì khi điều chỉnh các tụ chặn này người ta cũng dùng các tuốc nơ vít loại nhỏ để điều chỉnh. Tuy nhiên do giá trị các tụ này khá nhỏ nên khi điều chỉnh, người ta thường phải rất cẩn thận và kiên trì vì trong quá trình điều chỉnh có sự ảnh hưởng của tay và tuốc nơ vít tới giá trị tụ.
Các tụ chặn này thường có giá trị rất nhỏ, thông thường nhỏ hơn khoảng 100pF. Có điều đặc biệt là không thể giảm nhỏ được các giá trị tụ chặn về 0 nên chúng thường được chỉ định với các giá trị tụ điện tối thiểu, khoảng từ 2 tới 10 pF.
9. Tụ nhôm đặc
Chất polymer dẫn điện được dùng trong tụ nhôm đặc giúp đạt được những đặc tính tuyệt vời sau
ESR ở tần số cao - Bo mạch chủ mát hơn
ESR (Equivalent Series Resistance, trở kháng tương đượng) )thấp hơn, nghĩa là tiêu thụ năng lượng ít hơn – tụ nhôm đặc thực chất có thễ cung cấp trở kháng thấp hơn dù tần số cao hơn. Vì thế, tụ nhôm đặc ổn định hơn và sinh nhiệt ít hơn tụ hóa học thông thường.
Chịu đựng dòng điện thay đổi lớn – bo mạch chủ ổn định hơn
Dòng điện thay đổi tiếp nhận dòng điện switching cao hơn, trong đó điện switching đóng vai trò quyết định trong việc thiết kế phần nguồn điện bo mạch chủ. Tụ nhôm đặc có điện dung tốt hơn trong điện thế switching nên góp phần rất lớn cho mạch chủ ổn định hơn so với tụ hóa học thông thường.
Vòng đời cao hơn - Bo mạch chủ bền hơn
Về vòng đời, tụ nhôm đặc có tuổi thọ dài cao hơn tụ hóa học, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ họat động thấp hơn. Theo số liệu bảng bên dưới, ở 65°C thì vòng đời trung bình của một tụ nhôm đặc dài hơn đến 6 lần tụ hóa học. Về số năm thực tế thì tụ nhôm đặc sẽ có tuổi thọ xấp xỉ 23 năm, trong đó tụ hóa học sẽ hư hỏng chỉ sau ba năm. Rõ ràng, tụ nhôm đặc có tuổi thọ vượt xa tụ hóa học.
Chịu nhiệt cao - Bo mạch chủ đáng tin hơn More Reliable Motherboard
Điện dung của tụ đặc vẫn ổn định khi nhiệt độ thay đổi đột ngột- Tụ nhôm đặc cung cấp điện dung ổn định hơn và ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ. Theo biểu đồ bên dưới, mặc dù ở nhiệt độ cực cao, tụ nhôm đặc có điện dung khá ổn định, đặc biệt khi so với tụ hóa học
Không còn tụ bị nổ nữa - Ổn định hơn trong quá trình Overclock
Tụ bị phù và và xì gây phiền phức cho người dùng đã lâu. Điều đó làm hiệu suất PC giảm đáng kể, và có thể phá bo mạch chủ tới mức ngừng hoạt động. Khi không còn thành phần lỏng trong tụ đặc nên chúng không bị xì và nổ. Thêm vào đó, khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt và tính chất ưu việt nói chung, làm tụ đặc thích hợp hơn cho môi trường hoạt động cao cấp hơn.
10. Siêu tụ điện
Các nhà nghiên cứu thuộc ĐH Công nghệ, Sydney, đã sử dụng vàng thay thế carbon trong siêu tụ điện - thiết bị nhỏ bé tăng công suất của pin vào lúc sử dụng cao điểm. Kết quả cho thấy các siêu tụ điện không quá nóng và còn có thể dự trữ mức năng lượng nhiều gấp 6 lần so với tụ điện tiêu chuẩn.
Pin hoá học dự trữ năng lượng điện rất tốt song lại kém ở khâu truyền điện nhanh. Chính vì vậy, chúng cần có sự trợ giúp của siêu tụ điện. Siêu tụ điện có khả năng tích trữ hoặc truyền điện cũng như kéo dài thời gian hoạt động của các loại pin thông thường bằng cách tăng công suất của pin khi thiết bị cần thêm điện chẳng hạn như khi khởi động máy tính.
Siêu tụ điện hiện nay tích điện trong một lớp carbon xốp. Thật không may, mặc dù chúng có thể tích và truyền điện rất nhanh song không tốt ở khâu lưu trữ. Chúng cũng có xu hướng tạo ra lượng nhiệt lớn bên trong do điện trở trong cao, hạn chế hiệu suất sử dụng. Vàng có thể là vật liệu hoàn hảo, vượt qua được những giới hạn này. Mặc dù giá thành cao song nó lại là vật liệu dẫn điện tuyệt vời, không có điện trở trong cao. Siêu tụ điện cũng không rẻ chút nào. Một phần nhỏ của 1gram vàng không làm giá thành tăng vọt.
Để chế tạo siêu tụ điện nguyên mẫu bằng vàng, trước tiên nhóm nghiên cứu sử dụng một hợp kim gồm vàng và nhôm. Sau đó, nhôm bị loại bỏ bằng phương pháp hoá học, để lại một tấm xốp bằng vàng ròng. Dạng vàng xốp này có nhiều lỗ nhỏ li ti với đường kính 10 nanomet. Nó là vật liệu hoàn hảo để trao đổi điện tích nhanh.
Siêu tụ điện bằng vàng có thể cung cấp thêm điện năng chẳng hạn như cho máy tính xách tay. Nó có thể làm cho ôtô chạy điện trở thành hiện thực bằng cách làm cho chúng tăng tốc nhanh không kém gì ôtô bình thường
11. Tụ Ppy:
Trong những năm gần đây, công nghệ điện tử phát triển ở mức độ chóng mặt với những máy móc, dụng cụ điện tử có những yêu cầu như sự thu nhỏ, năng suất cao, ứng đáp nhanh, ít tiêu hao năng lượng. Những đòi hỏi nầy đưa đến cách mạng hóa của các linh kiện điện tử trong đó có tụ điện. Hình 4 cho thấy cấu tạo của một tụ điện với điện cực là nhôm và PPy. Oxide nhôm (Al2O3) là chất điện môi. Một loại thông dụng khác là tụ điện có điện cực tantalum - một kim loại chuyển tiếp (transition metal) - và PPy với tantalum oxide (Ta2O5) là chất điện môi. Trước PPy, manganese dioxide (MnO2) được dùng làm điện cực. Ngoài mật độ tụ điện cao như đã đề cập ở trên, PPy có độ dẫn điện cao hơn MnO2 từ 10 đến 100 lần. Khi có chập điện trong tụ điện, PPy sẽ tự động dedoping, nhả dopant để trở thành vật cách điện. Nhờ vậy, tụ điện sẽ tránh được sự bốc khói và phát cháy, độ an toàn gia tăng.
Hình : Cấu trúc một tụ điện dùng polymer dẫn điện. Bề mặt lồi lõm của chất điện môi làm tăng diện tích bề mặt để tăng dung lượng
Kể từ năm 1991, công ty Nhật Bản như NEC, Matsushita Electric Industrial (công ty của thương hiệu Panasonic), Nippon Denki sản xuất một loại tụ điện có điện cực là PPy, phần lớn dùng cho máy vi tính, laptop, notebook, máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động. Cho đến năm 2005, chỉ riêng Nhật Bản số lượng sản xuất đã tăng 200 lần với doanh thu 1,5 tỷ USD, tạo việc làm cho hàng chục nghìn người. Các doanh nhân dự đoán thu nhập sẽ tăng 20% hàng năm vì những siêu tụ điện PPy không những là linh kiện quan trọng cho các áp dụng hiện có mà còn dùng trong những áp dụng mới nhờ vào sự thu nhỏ và điện dung cao.
Phần 4: Chức năng và ứng dụng
của tụ điện
Tụ điện (condenser/capacitor) là một linh kiện điện học dùng để tích điện và phóng điện khi cần thiết. Tụ điện tác dụng như một loại pin nạp điện (rechargeable battery) nhưng có độ phóng điện rất nhanh, mật độ điện năng cao (power density). Tụ điện còn có thể phân biệt các tín hiệu có tần số cao và tần số thấp nên có thể dùng để triệt tiêu các tín hiệu tạp (noise), làm ổn định nguồn điện, vì vậy còn được gọi là lọc điện tử (electronic filter). Cấu tạo của một tụ điện gồm hai điện cực và điện môi (dielectric) ở giữa. Tùy vào các ứng dụng khác nhau, điện môi là chất cách điện có thể là chân không, không khí, giấy, dầu, plastic, mica, parafine, oxide (alumina, titanum oxide, tantalum oxide).
+ Tụ điện có các ứng dụng chính như sau :
- Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng . Đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn .
- Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở thành tụ lọc .
Chúng được dùng vào nhiều mục đích trong vô số ngành của kỹ thuật điện, để cải thiện nhân tố công suất của các trạm có điện xoay chiều, để sản ra các dòng lệch pha cho các trường xoay chuyển trong các máy cảm ứng, để bảo vệ các chỗ tiếp xúc chống lại các hiệu ứng của dòng điện vọt làm đứt, để tích tụ hoặc giải phóng một lượng điện nhất định trong các mạch dao động, trong các thiết bị lạc tần số, và được sử dụng rất rộng rãi trong các công nghệ điện thoại, phát thanh, truyền hình hoặc trong thiết bị điện tử công nghiệp.
Các đặc tính của chúng (hình thức, kích thước, khả năng, tính chất điện môi,...) khác nhau tuỳ theo đòi hỏi của việc sử dụng. Nhưng chúng được xếp vào nhóm này bất kể thể loại và phương pháp sản xuất, và không tính đến việc sử dụng chúng vào mục đích gì, kể cả, do hậu quả, các tụ điện mẫu có độ ổn định cao và độ chính xác cao được dùng trong các phòng thí nghiệm hoặc trong nhiều dụng cụ đo.
Chúng thường được dùng kết hợp với các điện trở trong các mạch định thời bởi khả năng tích tụ năng lượng điện trong m�
Mục lục
Tổng quan về tụ điện
Phân loại tụ điện và cách đọc
Một số loại tụ điện
Chức năng và ứng dụng
Mạch điện của tụ
Tính chất tụ điện
Chay Leyden
Phần 1: Tổng quan về tụ điện
1. Khái niệm tụ điện
- Tụ điện là một linh kiện quan trọng trong số 5 linh kiện của thiết bị điện tử, tụ điện không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều, hiểu cấu tạo và hoạt động cũng như ứng dụng của tụ điện là điều rất cần thiết.
- Là dụng cụ có hai bản cực kim loại, được ngăn cách bằng chất điện môi có chiều dày tương đối nhỏ so với kích thước các cực. Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động lệ thuộc vào tần số . Một công cụ có tác dụng lưu trữ năng lượng ở dạng điện năng (năng lượng của điện trường khi có dòng điện đi qua). Cấu tạo của một tụ điện gồm hai điện cực và điện môi (dielectric) ở giữa.
- Tụ điện được dùng trong các mạch điện để tạo điện dung tập trung. Gọi là Tụ điện vì khi nối 2 bản cực với hiệu điện thế V thì trên mỗi bản cực có tích điện tích Q = CV (+Q ở bản cực nối với điện thế cao; -Q ở bản cực nối với điện thế thấp). C gọi là điện dung. Tụ điện thường được nối thành nhóm: - Khi mắc song song thì có điện dung: Cbộ = C1 + C2 + ... + Cn; - Khi mắc nối tiếp thì 1/Cbộ = 1/C1 + 1/C2 + ... + 1/Cn , trong đó C1, C2, ..., Cn là điện dung của từng tụ điện.
- Điện dung là tính chất vật lý của tụ điện dùng để ám chỉ dung lượng Điện Tích trên bề mặt của tụ điện của một Điện Thế . Trong hệ đơn vị SI, điện dung được đo bằng đơn vị fara. Tuỳ theo loại điện môi, vật liệu làm bản cực và phương pháp chế tạo, người ta chia ra: tụ giấy, tụ không khí, tụ màng mỏng, tụ hoá.Fara; Điện dung
2. Tụ điện
a/Mô tả
Một tụ điện có các điện cực, gồm có 2 tấm kim loại hoặc các màng kim loại đối diện với nhau. Chất cách điện (hoặc chất điện môi), có thể làm bằng các kim loại khác nhau, được đặt giữa các điện cực. Trong sơ đồ này, không khí có tác dụng như chất cách điện.
Khi đặt điện áp vào cả 2 điện cực bằng cách nối các cực âm và dương của một ắc quy, các điện cực đối diện sẽ mang điện dương và âm. Các điện tích sẽ không thay đổi kể cả sau khi nguồn điện đã được ngắt ra, khi đó tụ điện có tác dụng tích điện. Khi các điện cực của một tụ điện tích điện bị đoản mạch, sẽ có một dòng điện tức thời, và dòng điện tích lại sẽ trở thành trung hòa và mất đi. Vì vậy tụ điện này được phóng điện.
Ngoài chức năng tích điện mô tả trên đây, một đặc điểm đáng kể của một tụ điện là nó ngăn không cho dòng điện một chiều chạy qua.
Dưới đây là các thí dụ về các mạch điện sử dụng chức năng tích điện của tụ điện: Mạch điều chỉnh đối với nguồn điện, một dòng điện dự phòng cho bộ vi sử lý, và một mạch định thời sử dụng lượng thời gian cần thiết để nạp và phóng điện cho tụ điện. Cũng như vậy các dòng điện sử dụng đặc điểm của tụ điện để ngắt dòng điện một chiều là các bộ lọc để trích hoặc loại bỏ các thành phần cụ thể của tần số.
Bằng cách dùng các đặc điểm này, các tụ điện được sử dụng trong các mạch điện của ô tô cho nhiều mục đích, chẳng hạn như để loại trừ tiếng ồn hoặc thay thế cho nguồn điện hoặc một công tắc
b/Các đặc điểm tích điện của tụ điện
Khi đặt một điện áp của dòng điện một chiều vào tụ điện đã phóng điện hoàn toàn, dòng điện sẽ bắt đầu chạy ở một tốc độ nhanh. Sau khi tụ điện bắt đầu tích điện, dòng điện sẽ giảm xuống. Cuối cùng, khi dung lượng tĩnh điện (khả năng tích điện của tụ điện) của tụ điện đã đạt được, dòng điện sẽ dừng chạy. Điện áp của tụ điện ở thời điểm này bằng điện áp đặt.
3. Điện dung của tụ điện
a) Định nghĩa. Ta hãy tích cho tụ điện một điện tích , khi đó hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là . Ta lại tích cho tụ điện điện tích , khi đó hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện là . Thực nghiệm cho thấy, với một tụ điện nhất định, thương số giữa điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản của nó là một đại lượng không đổi, có thể đặc trưng cho tụ điện điện về khả năng tích điện. Ta gọi thương số đó là điện dung của tụ điện.
Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện và được đo bằng thương số của điện tích của tụ điện và hiệu điện thế giữa hai bản tụ điện
b) Đơn vị điện dung. Trong công thức trên nếu ta lấy culông, vôn thì đơn vị điện dung trong hệ SI có tên gọi là fara, ký hiệu là .
Fara là điện dung của một tụ điện có điện tích là 1 culông khi hiệu điện thế giữa hai bản là 1 vôn .
Trong thực tế các tụ điện thường có điện dung nhỏ hơn fara rất nhiều, do đó người ta hay dùng ước lượng của fara:
1 micrôfara
1 picôfara
4. Điện dung của tụ điện phẳng
Những tụ điện khác nhau có điện dung khác nhau. Thực nghiệm cho thấy điện dung của một tụ điện phụ thuộc vào: Hình dạng kích thước của bản, vị trí tương đối của hai bản va vào bản chất của điện môi giữa hai bản.
Điện dung của tụ điện phẳng tỷ lệ với phần điện tích đối diện nhau của hai bản, với hằng số điện môi của điện môi giữa hai bản và tỷ lệ nghịch với khoảng cách hai bản
Công thức điện dung của tụ điện phẳng trong hệ SI là
Trong đó là diện tích một bản(phần đối diện với bản kia), là khoảng cách giữa hai bản, là hằng số điện môi của lớp điện môi giữa hai bản.
Theo công thức, muốn tăng điện dung của tụ điện ta có thể tăng diện tích , chọn điện môi có hằng số điện môi lớn và giảm . Nhưng ta không thể giảm khoảng cách đến mức cường độ điện trường trong tụ điện trở thành quá lớn (vì ) làm hỏng điện môi (điện môi bị đánh thủng). Vì vậy mỗi tụ điện (có nhất định) có một giá thị hiệu điện thế tối đa mà nó chịu đựng được, gọi là hiệu điện thế giới hạn và khi sử dụng ta không thể mắc tụ điện vào hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế giới hạn đó.
5. Điện tích của tụ điện. Nếu ta nối hai bản của tụ điện vào cực của một nguồn điện (pin, máy phát điện ...) thì tụ điện được tích điện . Do tác dụng của nguồn điện êlectrôn sẽ đi đến một bản, làm cho nó tích điện âm; còn bản kia mất bớt êlectrôn, tích điện dương. Điện tích của hai bản trái dấu và bằng nhau về độ lớn. Ta gọi độ lớn của điện tích trên bản tích điện dương là điện tích của tụ điện.
Vì hai bản tụ điện đặt gần nhau nên đường sức xuất phát từ bản này đều kết thúc ở bản kia.
6. Cho biết cấu tạo của tụ điện ?
- Tụ điện có cấu tạo cơ bản là hai bản cự kim loại đặt song song, tuỳ theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên goi tương ứng .VD : Lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, là gốm cho ta tụ gốm hoặc là lớp hoá chất thì cho ta tụ hoá .
7. Có những loại tụ điện nào ?
- Có ba loại tụ chính là tụ giấy, tụ gốm và tụ hoá . Tụ giấy và tụ gốm là các tụ không phân cực và có trị số nhỏ < 470 NanoFara, còn tụ hoá thường có trị số lớn từ 0,47 Micro Fara đến hàng nghìn Micro Fara và tụ hoá có phân cực âm dương.
8. Đơn vị của tụ điện là gì ?
- Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như
+ P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara
+ N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara
+ MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara
=> 1 Micro = 1000 Nano = 1000.000 Pico.
9. Trị số tụ điện được ghi như thế nào ?
- Tụ hoá ( là tụ có hình trụ ) trị số được ghi trực tiếp trên thân . VD : 10 Micro, 100 Micro , 470 micro
- Tụ giấy và tụ gốm ( hình dẹt ) trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số VD : 103J, 223K, 471J vv... Trong đó ba số đầu ký hiệu cho giá trị , chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số.
10. Cách đọc trị số tụ giấy và tụ gốm như thế nào ?
- Cách đọc như sau : hai số đầu giữ nguyên , số thứ 3 tương ứng với số con số 0 thêm vào sau và lấy đơn vị là Pico
VD: 103J sẽ là 10000 pico = 10 Nano hoặc 471K sẽ là 470 Pico
- Có một cách ký hiệu khác VD .01J, .22K, nếu ký hiệu như vậy thì lấy đơn vị là Micro : .01J nghĩa là 0,01 Micro = 10 Nano, .022K là 0,022 Micro = 22 Nano
11. Trị số điện áp ghi trên tụ có ý nghĩa gì ?
- Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì lớp cách điện sẽ bị đánh thủng , trong thực tế ta phải lắp tụ có trị số điện áp cao gấp khoảng 1,5 lần điện áp của mạch điện.
12. Tụ điện có cho điện áp một chiều đi qua không ?
- Với điện áp một chiều thì tụ hoàn toàn cách điện vì áp một chiều có tần số F = 0 Hz mà dung kháng của tụ lại phụ thuộc vào tần số theo công thức Zc = 1/ ( 2 x 3,14 x F x C ) khi tần số F = 0 Hz thì dung kháng Zc = vô cùng, do đó tụ không dẫn điện một chiều .
13. Tụ điện có cho điện áp xoay chiều đi qua không, và đi qua như thế nào ?
+ Tụ điện cho điện áp xoay chiều đi qua vì điện áp xoay chiều có tần số > 0 do đó dung kháng của tụ < vô cùng, khi đó tụ dẫn điện như một điện trở (nhưng tụ không tiêu thụ công xuất như điện trở ). Tần số điện xoay chiều càng cao hoặc điện dung tụ càng lớn thì Zc (dung kháng) càng nhỏ và điện áp đi qua tụ càng dễ dàng.
14. Tại sao điện áp xoay chiều lại đi qua được tụ ?
+ Thực ra không có điện tử (e ) nào đi qua hai bản tụ cả, tụ dẫn điện xoay chiều là vì tính chất phóng nạp của tụ điện. Khi điện áp bên ngoài lớn hơn điện áp giữa hai bản cực thì tụ nạp điện và ngược lại khi điện áp bên ngoài nhỏ hơn thì tụ phóng điện, điện áp xoay chiều liên tục đổi chiều do đó tụ cũng liên tục phóng nạp và trở thành dẫn điện .
15. Ứng dụng của tụ điện là gì ?
+ Tụ điện có các ứng dụng chính như sau :
- Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng . Đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn .
- Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở thành tụ lọc .
16. Tụ giấy, gốm và tụ hoá có ứng dụng giống nhau không ?
+ Cùng là tụ thì đều có tính chất dẫn điện xoay chiều và lọc phẳng điện áp một chiều, tuy nhiên tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp.
17. Tụ điện hay hỏng ở dạng gì ?
+ Tụ giấy và tụ gốm hay hỏng ở dạng bị dò hoặc bị chập .
+ Tụ hoá lại hay hỏng ở dạng bị khô ( giảm điện dung ) hoặc bị nổ do điện áp tăng .
18. Tụ điện hỏng thường sinh ra những bệnh đặc trưng gì ?
+Tụ hoá hỏng thường sinh các bệnh về chất lượng và những bệnh này thường khó kiểm tra do tụ không hỏng hẳn mà hỏng ở dạng giảm trị số, một đặc điểm là hỏng tụ thì máy càng chạy lâu bệnh càng giảm dần hoặc hết bệnh.
+ Tụ giấy và tụ gốm hỏng thường gây chập mạch do tụ bị dò hoặc chập.
19. Cách kiểm tra tụ điện trong mạch điện như thế nào ?
+ Nếu nghi tụ bị hỏng ta phải hút rỗng một chân ra khỏi mạch hoặc tháo ra ngoài để đo
- Với tụ giấy hay tụ gốm thì dùng thang 1K ohm hay 10K ohm để kiểm tra, Tụ tốt là sau khi phóng nạp kim đồng hồ phải trở về vị trí cũ , nếu kim không trở về hoặc lên = 0 ohm là tụ bị dò hoặc chập.
- Với tụ hoá thì dùng thang 1 ohm hoặc 10 ohm kiểm tra độ phóng nạp và phải so sánh với một tụ cùng trị số điện dung và mới, nếu độ phóng nạp bằng nhau là tụ còn tốt, nếu độ phóng nạp kém tụ mới là tụ bị giảm điện dung .
Phần 2: Phân loại tụ điện
và cách đọc
Tụ điện theo đúng tên gọi chính là linh kiện có chức năng tích tụ năng lượng điện..
Trong một số các mạch điện đơn giản, để đơn giản hóa trong quá trình tính toán hay thay thế tương đương thì chúng ta thường thay thế một tụ điện bằng một dây dẫn khi có dòng xoay chiều đi qua hay tháo tụ ra khỏi mạch khi có dòng một chiều trong mạch. Điều này khá là cần thiết khi thực hiện tính toán hay xác định các sơ đồ mạch tương đương cho các mạch điện tử thông thường.
Để đặc trưng cho khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện, người ta đưa ra khái niệm là điện dung của tụ điện. Điện dung càng cao thì khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện càng lớn và ngược lại. Giá trị điện dung được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F). Giá trị F là rất lớn nên thông thường trong các mạch điện tử, các giá trị tụ chỉ đo bằng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF), nano Fara (nF) hay picro Fara (pF).
1F=106μF=109nF=1012pF
1. Tụ điện giấy có hai bản là chiếc lá nhôm hoặc thiếc, ở giữa có lớp giấy cách điện (tẩm parafin) làm điện môi. Để giảm kích thước của tụ điện người ta cuộn các lớp đó lại
2. Tụ điện mica có các bản làm bằng nhôm, thiếc; điện môi là mica. Tụ điện mica thường có hiệu điện thế giới hạn cao, tới hàng nghìn vôn
3. Tụ điện sứ có điện môi làm bằng sứ đặc biệt, thường có hằng số điện môi lớn. Do đó tụ điện có điện dung tương đối lớn với kích thước khá nhỏ.
4. Tụ điện hoá học có các bản là những lá nhôm, điện môi là lớp ôxit nhôm rất mỏng được tạo nên bằng phương pháp điện phân. Vì thế điện dung của tụ điện hoá học có thể khá lớn (hàng chục ) với kích thước tụ điện tương đối nhỏ. Cần đề phòng trường hợp tụ điện bị hỏng khi ta mắc nhầm cực của nó vào mạch điện.
5. Tụ điện có điện dung thay đổi gồm hai hệ thống lá kim loại đặt cách điện với nhau: một hệ cố định, một hệ có thể xoay quang một trục. Điện dung của tụ điện càng lớn khi phần diện tích đối diện của hai hệ càng lớn. Điện dung lớn nhất của tụ điện loại này thường không quá vài nghìn picôfara. Điện môi của tụ điện loại này thường là không khí, cũng có khi là những lá cách điện bằng chất dẻo, hoặc là dầu cách điện. Tụ điện loại này được dùng rộng rãi trong vô tuyến điện
6. Tụ Điện Âm Dương :là một loại tụ điện có phân cực âm dương.
Tụ Điện Âm Dương là một loại Tụ Điện có Điên Dung lớn hơn so với Tụ Điện thường.Vì khi chế biến tụ điện Âm Dương Nhôm được dùng làm 2 bề mặt dẩn điện
Trong mạch điện, Tụ Điện Âm Dương cho ra Dòng Điện Cao tại tần số thấp nên thường dùng trong bộ phận phát điện.
►Ngoài ra có thể phân loại tụ điện theo cách sau:
A. Các tụ điện cố định.
Được gọi là cố định hoặc tĩnh tại, các tụ điện mà khả năng không thể thay đổi được. Thể loại chính là: tụ điện khô, tụ điện dầu, tụ điện ga, tụ điện trong dầu và tụ điện điện môi.
1) Trong các tụ điện khô, các khung cốt và điện môi được trình bày thường thấy nhất dưới hình thức các thanh bắt xếp chồng lên nhau, hoặc các băng hoặc là được uốn dây. Trong một số tụ điện khô, các lớp lót kim loại được áp dụng, qua phương pháp hoá học hoặc phương pháp nhiệt, trên một điện môi dầy đặc. Các tụ điện khô có thể được khép trong một hộp có đầu kẹp dây hoặc được dùng không cần hộp.
2) Các tụ điện dầu có cùng cấu trúc gần với tụ điện trên nhưng chất điện môi, thông thường là một cuộn bằng chất liệu plastic hoặc một cuộn bằng chất liệu plastic và giấy, được ngâm tẩm một chất dầu nhờn đặc biệt hoặc một chất lỏng khác.
3) Các tụ điện ga là các tụ điện bao gồm hai hoặc nhiều điện cực được phân cách bởi ga, khác với không khí, làm thành chất điện môi.
4) Thậm chí đôi khi tụ điện được gá trong một chậu đầy dầu hoặc một chất lỏng tương tự (tụ điện trong dầu) và có thể gồm các bộ phận phụ như áp kế, xu-pap an toàn.
5) Trong các tụ điện điện phân, một trong các khung thông thường là một bản nhôm hoặc tantali, còn vai trò của khung khác được tạo bởi một cực điện phân thích hợp, ở đó, dòng điện phóng qua nhờ một cực điện, đôi khi có cùng hình dáng như khung đầu. Hành động điện phân làm sinh ra trên bề mặt nhôm hoặc tantali một lớp mỏng các chất phù hợp, đấy là điện môi. Tất cả được đặt trong một hộp đựng mà trong một số trường hợp tự nó thay thế cho khung thứ nhất và có thể để cố định, bao gồm một bệ có chân, theo kiểu một số đèn hoặc van. Đôi khi, chất điện phân không quấy đảo được vì là một chất xền xệt, thì tụ điện điện phân cũng được gọi là tụ điện khô.
B. Tụ điện thay đổi.
Là các tụ điện mà người ta có thể cải biến dung lượng tuỳ ý. Thông thường chúng dùng không khí làm điện môi và khung của chúng thông thường nhất bao gồm một lô các bản kim loại, chia làm hai nhóm, một nhóm cố định còn nhóm khác đặt trên một trục, có thể được xoay thành ra các bản kim loại có thể qua giữa các bản cố định. Mức độ mà các bản cơ động (rôto) được xoay và lấn lên các bản cố định (xtato) làm thay đổi dung lượng của tụ điện.
C. Tụ điện có thể điều chỉnh được.
Tụ điện loại này, trong đó một số được sử dụng riêng biệt như tụ điện góp, thông thường được gọi là "trimmer" , sẵn sàng cho việc điều chỉnh chính xác bằng việc biến đổi rất ít dung lượng của chúng. Việc điều chỉnh này có thể đạt được bằng nhiều cách. Trong một số kiểu, người ta làm biến thiên khoảng cách giữa các khung nhờ một vít vặn chặt. Các kiểu mẫu khác gồm hai xilanh đồng tâm bằng kim loại, mà người ta có thể làm cho chiếc này xuyên qua chiếc kia ít nhiều hoặc bằng hai bán cầu cùng di chuyển. Nói chung các chất điện môi được dùng là mica, vật liệu gốm, vật liệu nhựa hoặc không khí
Phần 3: Một số loại tụ điện
1. Tụ hoá
Một tụ điện điện phân (tiếng Anh: electrolytic capacitor, còn được gọi là tụ hoá) là một loại tụ điện với điện dung lớn trên mỗi đơn vị thể tích so với nhiều loại khác, có ý nghĩa quan trọng trong các mạch có tần số thấp và cường độ dòng điện cao. Nó được dùng nhiều trong các bộ lọc cung cấp nguồn, nơi mà điện tích lưu trữ cần cho việc điều tiết điện áp ra và sự dao động của dòng điện, trong chỉnh lưu ngõ ra, và đặc biệt khi thiếu nguồn pin sạc để cung cấp dòng điện tần số thấp.
Tụ điện điện phân bằng nhôm được tạo từ hai lá nhôm kim loại dẫn điện, một trong chúng được phủ một lớp ôxít cách điện, và một miếng đệm bằng giấy được nhúng trong chất điện phân. Lá được phủ bởi lớp ôxít là anốt còn chất điện phân là chất rắn và lá thứ hai đóng vai trò là catốt. Chúng được cuộn lại, đưa vào các chân nối và đặt vào bên trong lớp bọc bằng nhôm hình trụ.
Kí hiệu tụ hoá và hình dạng tụ hoá.Tụ hóa là một loại tụ có phân cực. Chính vì thế khi sử dụng tụ hóa yêu cầu người sử dụng phải cắm đúng chân của tụ điện với điện áp cung cấp. Thông thường, các loại tụ hóa thường có kí hiệu chân cụ thể cho người sử dụng bằng các ký hiệu + hoặc = tương ứng với chân tụ.
Có hai dạng tụ hóa thông thường đó là tụ hóa có chân tại hai đầu trụ tròn của tụ (tụ có ghi 220μF trên hình a) và loại tụ hóa có 2 chân nối ra cùng 1 đầu trụ tròn (tụ có ghi giá trị 10μF trên hình a). Đồng thời trên các tụ hóa, người ta thường ghi kèm giá trị điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được. Nếu trường hợp điện áp lớn hơn so với giá trị điện áp trên tụ thì tụ sẽ bị phồng hoặc nổ tụ tùy thuộc vào giá trị điện áp cung cấp. Thông thường, khi chọn các loại tụ hóa này người ta thường chọn các loại tụ có giá trị điện áp lớn hơn các giá trị điện áp đi qua tụ để đảm bảo tụ hoạt động tốt và đảm bảo tuổi thọ của tụ hóa.
Tụ điện điện phân có sự phân cực, không giống như hầu hết tụ điện khác. Điều này là do lớp aluminum oxide được giữ yên chỗ bởi điện trường, và khi đảo cực, nó sẽ hòa tan vào electrolyte. Điều này làm xảy ra đoản mạch giữa electrolyte và aluminum. Chất lỏng sẽ nóng lên và tụ điện có thể phát nổ. Lớp aluminium oxide là dielectric, và độ mỏng của lớp này, cùng với khả năng chịu đựng một điện trường với cường độ khoảng 109 volts per metre, làm tạo ra dung tích cao của tụ điện. Các tụ điện hiện đại có van an toàn trên một mặt tròn để thông thoáng khí/chất lỏng nóng, nhưng tiếng nổ vẫn có thể lớn. Sự phân cực đúng đắn được viết ra trên gói bởi một lằn với dấu âm và có thể là những mũi tên, kí hiệu cực ngay cạnh đó âm hơn cực còn lại.
Tụ điện phân sẽ có hành vi giống như bất cứ tụ điện nào khác nếu cực bị nghịch đảo, cho đến điểm chúng bị hủy. Đây là lý do duy nhất cho yêu cầu về phân cực. Đa số vẫn chịu đựng nếu không có sự đảo cực (điện một chiều) hoặc chỉ điện xoay chiều, và có thể chịu sự đảo cực trong một khoảng thời gian, nhưng mạch điện nên được thiết kế sao cho không có sự đảo cực không đổi trong một lượng thời gian lớn. Một sự phân đúng cực không đổi sẽ làm tăng tuổi thọ của tụ điện.
Khác với tụ điện mà dùng một khối lượng chất điện môi làm từ các nguyên liệu cách điện, chất điện môi trong tụ điện điện phân phụ thuộc vào việc hình thành và duy trì của lớp ôxit kim loại cực nhỏ. So với tụ điện dùng chất điện môi, chất điện môi rất mỏng này cho phép điện dung lớn hơn trên mỗi đơn vị thể tích. Tụ điện điện phân thường dùng một hóa chất làm ướt bên trong, và chúng cuối cùng sẽ hỏng khi nước bên trong tụ điện bốc hơi.
2. Tụ Tantali
Tụ điện tantali (tiếng Anh: tantalum capacitors) thì đắt hơn rất nhiều so với tụ điện bằng nhôm, và thường dùng với điện áp thấp, nhưng chúng có điện dung cao hơn rất nhiều trên mỗi đơn vị thể tích và được dùng cho các ứng dụng thu nhỏ như điện thoại di động.
Tụ Tantali cũng là loại tụ hóa nhưng có điện áp thấp hơn so với tụ hóa. Chúng khá đắt nhưng nhỏ và chúng được dùng khi yêu cầu về tụ dung lớn nhưng kích thước nhỏ.
Các loại tụ Tantali hiện nay thường ghi rõ trên nó giá trị tụ, điện áp cũng như cực của tụ. Các loại tụ Tantali ngày xưa sử dụng mã màu để phân biệt. Chúng thường có 3 cột màu (biểu diễn giá trị tụ, một cột biểu diễn giá trị điện áp) và một chấm màu đặc trưng cho số các số không sau dấu phẩy tính theo giá trị μF. Chúng cũng dùng mã màu chuẩn cho việc định nghĩa các giá trị nhưng đối với các điểm màu thì điểm màu xám có nghĩa là giá trị tụ nhân với 0,01; trắng nhân 0,1 và đen là nhân 1. Cột màu định nghĩa giá trị điện áp thường nằm ở gần chân của tụ và có các giá trị như sau:
Tụ thường và kí hiệu
vàng=6,3V
Xám= 25V
Đen= 10V
Trắng= 30V
Xanh lá cây= 16V
Hồng= 35V
Xanh da trời= 20V
3. Tụ không phân cực
Các loại tụ nhỏ thường không phân cực. Các loại tụ này thường chịu được các điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V. Các loại tụ không phân cực này có rất nhiều loại và có rất nhiều các hệ thống chuẩn đọc giá trị khác nhau.
Rất nhiều các loại tụ có giá trị nhỏ được ghi thẳng ra ngoài mà không cần có hệ số nhân nào, nhưng cũng có các loại tụ có thêm các giá trị cho hệ số nhân. Ví dụ có các tụ ghi 0.1 có nghĩa giá trị của nó là 0,1μF=100nF hay có các tụ ghi là 4n7 thì có nghĩa giá trị của tụ đó chính là 4,7nF.
4. Các loại tụ có dùng mã
Mã số thường được dùng cho các loại tụ có giá trị nhỏ trong đó các giá trị được định nghĩa lần lượt như sau:
- Giá trị thứ 1 là số hàng chục - Giá trị thứ 2 là số hàng đơn vị
- Giá trị thứ 3 là số số không nối tiếp theo giá trị của số đã tạo từ giá trị 1 và 2.Giá trị của tụ được đọc theo chuẩn là giá trị picro Fara (pF). Chữ số đi kèm sau cùng đó là chỉ giá trị sai số của tụ.
Ví dụ: tụ ghi giá trị 102 thì có nghĩa là 10 và thêm 2 số 0 đằng sau =1000pF = 1nF chứ không phải 102pF . Hoặc ví dụ tụ 272J thì có nghĩa là 4700pF=4,7nF và sai số là 5%
5. Tụ có dùng mã màu
Sử dụng chủ yếu trên các tụ loại polyester trong rất nhiều năm. Hiện nay các loại tụ này đã không còn bán trên thị trường nữa nhưng chúng vẫn tồn tại trong khá nhiều các mạch điện tử cũ. Màu được định nghĩa cũng tương tự như đối với màu trên điện trở. 3 màu trên cùng lần lượt chỉ giá trị tụ tính theo pF, màu thứ 4 là chỉ dung sai và màu thứ 5 chỉ ra giá trị điện áp. - Ví dụ tụ có màu nâu/đen/cam có nghĩa là 10000pF= 10nF= 0.01uF.
+ Chú ý rằng ko có khoảng trống nào giữa các màu nên thực tế khi có 2 màu cạnh nhau giống nhau thì nó tạo ra một mảng màu rộng. - Ví dụ: Dải đỏ rộng/vàng= 220nF=0.22uF
6. Tụ Polyester
Ngày nay, loại tụ này cũng hiếm khi được sử dụng. Giá trị của các loại tụ này thường được in ngay trên tụ theo giá trị pF. Tụ này có một nhược điểm là dễ bị hỏng do nhiệt hàn nóng. Chính vì thế khi hàn các loại tụ này người ta thường có các kỹ thuật riêng để thực hiện hàn, tránh làm hỏng tụ.
7. Tụ điện biến đổi
Tụ điện biến đổi thường được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio và chúng thường được gọi là tụ xoay. Chúng thường có các giá trị rất nhỏ, thông thường nằm trong khoảng từ 100pF đến 500pF.
Rất nhiều các tụ xoay có vòng xoay ngắn nên chúng không phù hợp cho các dải biến đổi rộng như là điện trở hoặc các chuyển mạch xoay. Chính vì thế trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các mạch định thời hay các mạch điều chỉnh thời gian thì người ta thường thay các tụ xoay bằng các điện trở xoay và kết hợp với 1 giá trị tụ điện xác định.
8. Tụ chặn
Tụ chặn là các tụ xoay có giá trị rất nhỏ. Chúng thường được gắn trực tiếp lên bản mạch điẹn tử và điều chỉnh sau khi mạch đã được chế tạo xong. Tương tự các biến trở hiện này thì khi điều chỉnh các tụ chặn này người ta cũng dùng các tuốc nơ vít loại nhỏ để điều chỉnh. Tuy nhiên do giá trị các tụ này khá nhỏ nên khi điều chỉnh, người ta thường phải rất cẩn thận và kiên trì vì trong quá trình điều chỉnh có sự ảnh hưởng của tay và tuốc nơ vít tới giá trị tụ.
Các tụ chặn này thường có giá trị rất nhỏ, thông thường nhỏ hơn khoảng 100pF. Có điều đặc biệt là không thể giảm nhỏ được các giá trị tụ chặn về 0 nên chúng thường được chỉ định với các giá trị tụ điện tối thiểu, khoảng từ 2 tới 10 pF.
9. Tụ nhôm đặc
Chất polymer dẫn điện được dùng trong tụ nhôm đặc giúp đạt được những đặc tính tuyệt vời sau
ESR ở tần số cao - Bo mạch chủ mát hơn
ESR (Equivalent Series Resistance, trở kháng tương đượng) )thấp hơn, nghĩa là tiêu thụ năng lượng ít hơn – tụ nhôm đặc thực chất có thễ cung cấp trở kháng thấp hơn dù tần số cao hơn. Vì thế, tụ nhôm đặc ổn định hơn và sinh nhiệt ít hơn tụ hóa học thông thường.
Chịu đựng dòng điện thay đổi lớn – bo mạch chủ ổn định hơn
Dòng điện thay đổi tiếp nhận dòng điện switching cao hơn, trong đó điện switching đóng vai trò quyết định trong việc thiết kế phần nguồn điện bo mạch chủ. Tụ nhôm đặc có điện dung tốt hơn trong điện thế switching nên góp phần rất lớn cho mạch chủ ổn định hơn so với tụ hóa học thông thường.
Vòng đời cao hơn - Bo mạch chủ bền hơn
Về vòng đời, tụ nhôm đặc có tuổi thọ dài cao hơn tụ hóa học, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ họat động thấp hơn. Theo số liệu bảng bên dưới, ở 65°C thì vòng đời trung bình của một tụ nhôm đặc dài hơn đến 6 lần tụ hóa học. Về số năm thực tế thì tụ nhôm đặc sẽ có tuổi thọ xấp xỉ 23 năm, trong đó tụ hóa học sẽ hư hỏng chỉ sau ba năm. Rõ ràng, tụ nhôm đặc có tuổi thọ vượt xa tụ hóa học.
Chịu nhiệt cao - Bo mạch chủ đáng tin hơn More Reliable Motherboard
Điện dung của tụ đặc vẫn ổn định khi nhiệt độ thay đổi đột ngột- Tụ nhôm đặc cung cấp điện dung ổn định hơn và ít bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi nhiệt độ. Theo biểu đồ bên dưới, mặc dù ở nhiệt độ cực cao, tụ nhôm đặc có điện dung khá ổn định, đặc biệt khi so với tụ hóa học
Không còn tụ bị nổ nữa - Ổn định hơn trong quá trình Overclock
Tụ bị phù và và xì gây phiền phức cho người dùng đã lâu. Điều đó làm hiệu suất PC giảm đáng kể, và có thể phá bo mạch chủ tới mức ngừng hoạt động. Khi không còn thành phần lỏng trong tụ đặc nên chúng không bị xì và nổ. Thêm vào đó, khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt và tính chất ưu việt nói chung, làm tụ đặc thích hợp hơn cho môi trường hoạt động cao cấp hơn.
10. Siêu tụ điện
Các nhà nghiên cứu thuộc ĐH Công nghệ, Sydney, đã sử dụng vàng thay thế carbon trong siêu tụ điện - thiết bị nhỏ bé tăng công suất của pin vào lúc sử dụng cao điểm. Kết quả cho thấy các siêu tụ điện không quá nóng và còn có thể dự trữ mức năng lượng nhiều gấp 6 lần so với tụ điện tiêu chuẩn.
Pin hoá học dự trữ năng lượng điện rất tốt song lại kém ở khâu truyền điện nhanh. Chính vì vậy, chúng cần có sự trợ giúp của siêu tụ điện. Siêu tụ điện có khả năng tích trữ hoặc truyền điện cũng như kéo dài thời gian hoạt động của các loại pin thông thường bằng cách tăng công suất của pin khi thiết bị cần thêm điện chẳng hạn như khi khởi động máy tính.
Siêu tụ điện hiện nay tích điện trong một lớp carbon xốp. Thật không may, mặc dù chúng có thể tích và truyền điện rất nhanh song không tốt ở khâu lưu trữ. Chúng cũng có xu hướng tạo ra lượng nhiệt lớn bên trong do điện trở trong cao, hạn chế hiệu suất sử dụng. Vàng có thể là vật liệu hoàn hảo, vượt qua được những giới hạn này. Mặc dù giá thành cao song nó lại là vật liệu dẫn điện tuyệt vời, không có điện trở trong cao. Siêu tụ điện cũng không rẻ chút nào. Một phần nhỏ của 1gram vàng không làm giá thành tăng vọt.
Để chế tạo siêu tụ điện nguyên mẫu bằng vàng, trước tiên nhóm nghiên cứu sử dụng một hợp kim gồm vàng và nhôm. Sau đó, nhôm bị loại bỏ bằng phương pháp hoá học, để lại một tấm xốp bằng vàng ròng. Dạng vàng xốp này có nhiều lỗ nhỏ li ti với đường kính 10 nanomet. Nó là vật liệu hoàn hảo để trao đổi điện tích nhanh.
Siêu tụ điện bằng vàng có thể cung cấp thêm điện năng chẳng hạn như cho máy tính xách tay. Nó có thể làm cho ôtô chạy điện trở thành hiện thực bằng cách làm cho chúng tăng tốc nhanh không kém gì ôtô bình thường
11. Tụ Ppy:
Trong những năm gần đây, công nghệ điện tử phát triển ở mức độ chóng mặt với những máy móc, dụng cụ điện tử có những yêu cầu như sự thu nhỏ, năng suất cao, ứng đáp nhanh, ít tiêu hao năng lượng. Những đòi hỏi nầy đưa đến cách mạng hóa của các linh kiện điện tử trong đó có tụ điện. Hình 4 cho thấy cấu tạo của một tụ điện với điện cực là nhôm và PPy. Oxide nhôm (Al2O3) là chất điện môi. Một loại thông dụng khác là tụ điện có điện cực tantalum - một kim loại chuyển tiếp (transition metal) - và PPy với tantalum oxide (Ta2O5) là chất điện môi. Trước PPy, manganese dioxide (MnO2) được dùng làm điện cực. Ngoài mật độ tụ điện cao như đã đề cập ở trên, PPy có độ dẫn điện cao hơn MnO2 từ 10 đến 100 lần. Khi có chập điện trong tụ điện, PPy sẽ tự động dedoping, nhả dopant để trở thành vật cách điện. Nhờ vậy, tụ điện sẽ tránh được sự bốc khói và phát cháy, độ an toàn gia tăng.
Hình : Cấu trúc một tụ điện dùng polymer dẫn điện. Bề mặt lồi lõm của chất điện môi làm tăng diện tích bề mặt để tăng dung lượng
Kể từ năm 1991, công ty Nhật Bản như NEC, Matsushita Electric Industrial (công ty của thương hiệu Panasonic), Nippon Denki sản xuất một loại tụ điện có điện cực là PPy, phần lớn dùng cho máy vi tính, laptop, notebook, máy ảnh kỹ thuật số, điện thoại di động. Cho đến năm 2005, chỉ riêng Nhật Bản số lượng sản xuất đã tăng 200 lần với doanh thu 1,5 tỷ USD, tạo việc làm cho hàng chục nghìn người. Các doanh nhân dự đoán thu nhập sẽ tăng 20% hàng năm vì những siêu tụ điện PPy không những là linh kiện quan trọng cho các áp dụng hiện có mà còn dùng trong những áp dụng mới nhờ vào sự thu nhỏ và điện dung cao.
Phần 4: Chức năng và ứng dụng
của tụ điện
Tụ điện (condenser/capacitor) là một linh kiện điện học dùng để tích điện và phóng điện khi cần thiết. Tụ điện tác dụng như một loại pin nạp điện (rechargeable battery) nhưng có độ phóng điện rất nhanh, mật độ điện năng cao (power density). Tụ điện còn có thể phân biệt các tín hiệu có tần số cao và tần số thấp nên có thể dùng để triệt tiêu các tín hiệu tạp (noise), làm ổn định nguồn điện, vì vậy còn được gọi là lọc điện tử (electronic filter). Cấu tạo của một tụ điện gồm hai điện cực và điện môi (dielectric) ở giữa. Tùy vào các ứng dụng khác nhau, điện môi là chất cách điện có thể là chân không, không khí, giấy, dầu, plastic, mica, parafine, oxide (alumina, titanum oxide, tantalum oxide).
+ Tụ điện có các ứng dụng chính như sau :
- Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
- Lọc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng . Đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn .
- Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở thành tụ lọc .
Chúng được dùng vào nhiều mục đích trong vô số ngành của kỹ thuật điện, để cải thiện nhân tố công suất của các trạm có điện xoay chiều, để sản ra các dòng lệch pha cho các trường xoay chuyển trong các máy cảm ứng, để bảo vệ các chỗ tiếp xúc chống lại các hiệu ứng của dòng điện vọt làm đứt, để tích tụ hoặc giải phóng một lượng điện nhất định trong các mạch dao động, trong các thiết bị lạc tần số, và được sử dụng rất rộng rãi trong các công nghệ điện thoại, phát thanh, truyền hình hoặc trong thiết bị điện tử công nghiệp.
Các đặc tính của chúng (hình thức, kích thước, khả năng, tính chất điện môi,...) khác nhau tuỳ theo đòi hỏi của việc sử dụng. Nhưng chúng được xếp vào nhóm này bất kể thể loại và phương pháp sản xuất, và không tính đến việc sử dụng chúng vào mục đích gì, kể cả, do hậu quả, các tụ điện mẫu có độ ổn định cao và độ chính xác cao được dùng trong các phòng thí nghiệm hoặc trong nhiều dụng cụ đo.
Chúng thường được dùng kết hợp với các điện trở trong các mạch định thời bởi khả năng tích tụ năng lượng điện trong m�
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Lê Phước Vinh
Dung lượng: |
Lượt tài: 1
Loại file:
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)