Điện Tử Cơ BảnTụ Điện

Tụ điện là gì ? Công dụng của tụ điện là gì ?

Tụ điện là linh kiện thụ động đơn giản có thể lưu trữ điện tích trên các bản của chúng khi được kết nối với nguồn điện áp . Vậy Tụ điện là gì ? Công dụng của tụ điện là gì ? hãy cùng tham khảo chi tiết với hocdientu dưới đây nhé !

Tụ điện là gì ? Công dụng của tụ điện là gì ?
Tụ điện là gì ? Công dụng của tụ điện là gì ?

Tụ điện là gì ?

Tụ điện là một linh kiện có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện tích tạo ra sự chênh lệch  Điện áp tĩnh trên các bản của nó, giống như một pin sạc nhỏ.

Tụ điện là gì ?
Tụ điện là gì ?

Có rất nhiều loại tụ điện khác nhau có sẵn từ các loại tụ điện rất nhỏ được sử dụng trong mạch cộng hưởng cho đến các tụ điện hiệu chỉnh hệ số công suất lớn, nhưng chúng đều giống nhau là chúng tích trữ điện tích.

Tụ điện có cấu tạo như thế nào ?

Tụ điện được cấu tạo bằng cách : Ở dạng cơ bản, tụ điện bao gồm hai hoặc nhiều tấm dẫn điện (kim loại) song song không được kết nối hoặc chạm vào nhau, nhưng được ngăn cách điện bằng không khí hoặc bằng một số dạng vật liệu cách điện tốt như giấy sáp, mica, gốm, nhựa hoặc một số dạng gel lỏng được sử dụng trong tụ điện. Lớp cách điện giữa các bản tụ điện thường được gọi là điện môi .

tụ điện có cấu tạo gồm
Tụ điện có cấu tạo gồm

Do lớp cách điện này, dòng điện một chiều không thể chạy qua tụ điện vì nó đã bị chặn thay vào đó, một điện áp xuất hiện trên các tấm dưới dạng điện tích.

Các tấm kim loại dẫn điện của tụ điện có thể là hình vuông, hình tròn hoặc hình chữ nhật, hoặc chúng có thể có dạng hình trụ hoặc hình cầu với hình dạng, kích thước và cấu tạo chung của một bản tụ điện song song tùy thuộc vào ứng dụng và định mức điện áp của nó.

tụ điện được cấu tạo bằng cách
Tụ điện được cấu tạo bằng cách

Khi được sử dụng trong dòng điện một chiều hoặc mạch điện một chiều, tụ điện tích điện đến điện áp cung cấp nhưng chặn dòng điện chạy qua nó vì chất điện môi của tụ điện không dẫn điện và về cơ bản là chất cách điện. Tuy nhiên, khi một tụ điện được nối với dòng điện xoay chiều hoặc mạch điện xoay chiều, thì dòng điện dường như đi thẳng qua tụ điện với ít hoặc không có điện trở.

Có hai loại điện tích, điện tích dương ở dạng Proton và điện tích âm ở dạng Electron. Khi đặt điện áp một chiều qua tụ điện, điện tích dương (+ ve) nhanh chóng tích tụ trên một bản trong khi điện tích âm (-ve) tương ứng và ngược chiều tích tụ trên bản kia. Đối với mỗi hạt điện tích + ve đến một bản, một điện tích cùng dấu sẽ di chuyển từ tấm -ve.

Nguyên lý phóng điện của tụ điện
Nguyên lý phóng điện của tụ điện
  • Sau đó, các tấm vẫn mang điện tích trung hòa và sự chênh lệch điện thế do điện tích này được thiết lập giữa hai tấm. Khi tụ điện đạt đến trạng thái ổn định, dòng điện không thể chạy qua tụ điện và xung quanh mạch do đặc tính cách điện của chất điện môi dùng để ngăn cách các bản tụ.
  • Dòng electron lên các bản tụ điện được gọi là dòng điện nạp cho đến khi hiệu điện thế trên cả hai bản bằng điện áp đặt vào Vc . Tại thời điểm này, tụ điện được cho là đã “sạc đầy” các điện tử.
  • Cường độ hoặc tốc độ của dòng điện nạp này đạt giá trị lớn nhất khi các bản tụ điện được phóng điện hoàn toàn (điều kiện ban đầu) và từ từ giảm giá trị về 0 khi các bản tụ điện tích điện đến một hiệu điện thế trên các bản tụ điện bằng điện áp nguồn.
  • Mức độ chênh lệch điện thế hiện diện trên tụ điện phụ thuộc vào lượng điện tích được tích tụ vào các bản cực do được thực hiện bởi điện áp nguồn và cũng bởi điện dung của tụ điện và điều này được minh họa bên trên.

Điện dung của một tụ điện – nó có bao nhiêu farads – phụ thuộc vào cách nó được cấu tạo. Điện dung lớn sẽ yêu cầu một tụ điện lớn . Các tấm có diện tích bề mặt chồng lên nhau nhiều hơn sẽ cung cấp nhiều điện dung hơn, trong khi khoảng cách giữa các tấm nhiều hơn có nghĩa là điện dung ít hơn. Vật liệu của chất điện môi thậm chí còn có ảnh hưởng đến việc tụ có bao nhiêu farads.

Nguyên lí hoạt động của tụ điện

Dòng điện là dòng điện tích , là những gì các linh kiện điện khai thác để phát sáng, quay hoặc làm bất cứ điều gì chúng làm. Khi dòng điện chạy vào tụ điện, các điện tích bị “mắc kẹt” trên các bản tụ vì chúng không thể vượt qua chất điện môi cách điện. Các electron ” – “các hạt mang điện tích âm ” – ” bị hút vào một trong các tấm, và tổng thể nó trở nên mang điện âm. Khối lượng lớn các điện tích âm ở một bản sẽ đẩy ra xa như các điện tích ở tấm kia, làm cho nó tích điện dương.

Nguyên lí hoạt động của tụ điện
Nguyên lí hoạt động của tụ điện

Các điện tích âm và dương trên mỗi bản này hút nhau, bởi vì đó là những gì các điện tích trái dấu thực hiện. Tuy nhiên, với việc chất điện môi nằm giữa chúng, chúng càng muốn xích lại gần nhau, thì các điện tích sẽ mãi mãi bị mắc kẹt trên các bản tụ (cho đến khi chúng có một nơi khác để đi). Các điện tích đứng yên trên các tấm này tạo ra một điện trường , ảnh hưởng đến điện thế và hiệu điện thế . Khi các điện tích nhóm lại với nhau trên một tụ điện như thế này, Tụ sẽ lưu trữ năng lượng điện giống như pin có thể lưu trữ năng lượng hóa học.

Quá trình phóng và nạp của tụ điện

Khi các điện tích âm và dương kết hợp trên các bản tụ điện thì tụ điện trở nên tích điện . Tụ điện có thể giữ lại điện trường của nó – giữ điện tích của nó – bởi vì các điện tích âm và dương trên mỗi bản hút nhau nhưng không bao giờ đến được với nhau.

Quá trình phóng và nạp của tụ điện
Quá trình phóng và nạp của tụ điện

Tại một thời điểm nào đó, các bản tụ điện sẽ chứa đầy điện tích đến mức chúng không thể nhận thêm nữa. Có đủ điện tích âm trên một tấm để chúng có thể đẩy lùi bất kỳ điện tích âm nào khác cố gắng tham gia. Đây là nơi điện dung (farads) của tụ điện phát huy tác dụng, cho bạn biết lượng điện tích tối đa mà tụ điện có thể lưu trữ.

Nếu một đường dẫn trong mạch được tạo ra, cho phép các điện tích tìm thấy một con đường khác với nhau, chúng sẽ rời khỏi tụ điện và nó sẽ phóng điện .

Ví dụ, trong mạch điện trên đây, một pin có thể được sử dụng để tạo ra một hiệu điện thế trên tụ điện. Điều này sẽ gây ra các điện tích bằng nhau nhưng trái dấu tích tụ trên mỗi bản của tụ, cho đến khi chúng đầy đến mức chúng sẽ đẩy lùi bất kỳ dòng điện nào chạy qua. Một đèn LED được đặt nối tiếp với tụ có thể cung cấp đường dẫn cho dòng điện và năng lượng được lưu trữ trong tụ điện có thể được sử dụng để chiếu sáng đèn LED trong thời gian ngắn.

Tính toán điện tích, điện áp và dòng điện của tụ điện

Điện dung của tụ điện – nó có bao nhiêu farads – cho bạn biết nó có thể tích trữ được bao nhiêu điện tích. Tụ điện hiện đang lưu trữ bao nhiêu điện tích phụ thuộc vào hiệu điện thế giữa các bản của nó. Mối quan hệ này giữa điện tích, điện dung và điện áp có thể được mô hình hóa bằng phương trình sau :

Tính toán điện tích, điện áp và dòng điện của tụ điện
Tính toán điện tích, điện áp và dòng điện của tụ điện

Điện tích (Q) được lưu trữ trong tụ điện là tích số của điện dung (C) và điện áp (V) đặt vào nó.

Điện dung của tụ điện phải luôn là một giá trị không đổi, đã biết. Vì vậy chúng ta có thể điều chỉnh điện áp để tăng hoặc giảm điện tích của Tụ . Nhiều điện áp hơn có nghĩa là sạc nhiều hơn, ít điện áp hơn … sạc ít hơn.

Phương trình đó cũng cho chúng ta một cách tốt để xác định giá trị của một farad. Một farad (F) là khả năng lưu trữ một đơn vị năng lượng (coulombs) trên mỗi vôn.

Đơn vị tiêu chuẩn của điện dung :

Đơn vị cơ bản của điện dung là Farad. Nhưng, Farad là một đơn vị lớn cho ở thực tế. Do đó, điện dung thường được đo bằng các đơn vị con của Farads như micro-farads (µF) hoặc pico-farads (pF).

Hầu hết các ứng dụng điện và điện tử sử dụng các tiền tố đơn vị tiêu chuẩn (SI) sau đây để dễ dàng tính toán:

  • 1 mF (millifarad) = 10 −3  F
  • 1 μF (microfarad) = 10 −6  F
  • 1 nF (nanofarads) = 10 −9  F
  • 1 pF (picofarad) = 10 −12  F

Năng lượng được lưu trữ trong một tụ điện

Khi các điện tích trái dấu đã được đặt vào hai bản của một tụ điện , các điện tích có thể được sử dụng để hoạt động bằng cách cho phép chúng chuyển động về phía nhau qua một đoạn mạch. Tổng năng lượng có thể có từ ​​một tụ điện đã sạc đầy được cho bởi phương trình :

Tụ điện có nhiều chức năng giống như pin sạc. Sự khác biệt chính giữa tụ điện và pin nằm ở kỹ thuật mà chúng sử dụng để lưu trữ năng lượng. Không giống như pin, khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện không đến từ các phản ứng hóa học, mà là từ thiết kế vật lý cho phép nó giữ các điện tích âm và dương cách nhau.

Tính toán dòng điện của tụ điện

Chúng ta có thể thực hiện thêm một bước nữa về phương trình điện tích / điện áp / điện dung để tìm hiểu xem điện dung và điện áp ảnh hưởng như thế nào đến dòng điện, bởi vì dòng điện là tốc độ của dòng điện tích. Ý nghĩa của mối quan hệ của tụ điện với điện áp và cường độ dòng điện là: cường độ dòng điện qua tụ điện phụ thuộc vào cả điện dung và tốc độ tăng hay giảm của điện áp . Nếu điện áp trên tụ điện tăng nhanh chóng thì sẽ tạo ra một dòng điện dương lớn chạy qua tụ điện. Hiệu điện thế trên tụ điện tăng chậm hơn tương đương với dòng điện chạy qua nó nhỏ hơn. Nếu điện áp trên tụ điện là ổn định và không thay đổi thì không có dòng điện nào chạy qua tụ điện.

(Điều này thật tệ và vướng vào phép tính toán. Công thức này sẽ áp dụng ở phần phân tích miền thời gian, thiết kế bộ lọc và các nội dung khác. Phương trình tính cường độ dòng điện qua tụ điện là :

Tính toán dòng điện của tụ điện
Tính toán dòng điện của tụ điện

Phần dV / dt của phương trình đó là một đạo hàm (Một cách để nói về tốc độ tức thời ) của điện áp theo thời gian, nó tương đương với việc nói rằng : “điện áp tăng hoặc giảm nhanh như thế nào tại chính thời điểm này”. Điểm rút ra lớn từ phương trình này là nếu điện áp ổn định , đạo hàm bằng 0, có nghĩa là dòng điện cũng bằng không vậy tụ điện không cho dòng điện không đổi đi qua . Đây là lý do tại sao dòng điện một chiều không thể đi qua tụ điện . Đây cũng chính là việc trả lời cho câu hỏi tụ điện chặn được dòng điện 1 chiều vì sao ? chuyên sâu nhất .

Điện dung của tụ điện bản song song

Tụ điện bản song song như hình vẽ bên có hai bản dẫn giống nhau, mỗi bản có diện tích mặt bằng A và cách nhau một khoảng d . Khi đặt điện áp V vào các bản tụ điện, nó tích trữ điện tích Q.

Điện dung của tụ điện bản song song
Điện dung của tụ điện bản song song

Lực giữa các điện tích tăng theo giá trị điện tích và giảm theo khoảng cách giữa chúng. Diện tích của các tấm càng lớn thì chúng có thể lưu trữ được nhiều điện tích hơn. Do đó, giá trị của C lớn hơn giá trị lớn của A. Tương tự, các bản càng gần nhau thì lực hút của các điện tích trái dấu lên chúng càng lớn. Do đó C lớn hơn cho một d nhỏ hơn .

  • Mật độ điện tích trên các tấm được cho bởi công thức

  • Khi khoảng cách giữa (d) nhỏ, điện trường giữa hai bản là khá đều và độ lớn của nó được cho bởi :

  • Khi điện trường giữa các bản là đều, hiệu điện thế giữa các bản là

  • Thay giá trị trên của V vào công thức điện dung, ta được

Điện dung của một tụ điện bản song song được cho bởi công thứcĐiện dung của tụ điện bản song song

Ví dụ

Tính điện dung của một tụ điện rỗng song song có các bản kim loại có diện tích 1,00 m 2 , cách nhau 1,00 mm?

Sử dụng công thức tính điện dung như sau :

Thay thế các giá trị, chúng tôi nhận được :

Điện dung của tụ điện hình cầu

Tụ điện hình cầu gồm hai vỏ cầu dẫn điện đồng tâm bán kính  1 và 2 . Các vỏ lần lượt được cho các điện tích bằng nhau và trái dấu + Q và –Q . Điện trường giữa các lớp vỏ hướng tâm ra ngoài. Độ lớn của trường có thể thu được bằng cách áp dụng định luật Gauss trên một bề mặt Gauss hình cầu bán kính r đồng tâm với vỏ :

Điện dung của tụ điện hình cầu
Điện dung của tụ điện hình cầu

Điện tích kèm theo là  + Q , do đó

Điện trường giữa vật dẫn là

Tích phân :

Dọc theo con đường xuyên tâm giữa các lớp vỏ, chúng tôi nhận được

Hiệu điện thế giữa hai dây dẫn có thể được tính bằng công thức

Chênh lệch điện thế giữu các tấm là

Thay giá trị của V vào công thức điện dung, ta được

Điện dung của tụ điện hình cầu được cho bởi phương trình :

Ví dụ :

Một tụ điện hình cầu có mặt cầu trong bán kính 12 cm và hình cầu ngoài bán kính 13 cm. Quả cầu bên ngoài được nối đất và quả cầu bên trong được truyền điện tích 2,5 µC. Khoảng trống giữa các quả cầu đồng tâm chứa đầy một chất lỏng có hằng số điện môi 32. Xác định điện dung của tụ điện.

Giải :

  • Bán kính của quả cầu bên trong, r 2  = 12 cm = 0,12 m
  • Bán kính của hình cầu bên ngoài, r 1 = 13 cm = 0,13 m
  • Tích điện vào quả cầu bên trong, q = 2,5 μC = 2,5 x 10 -6  C
  • Hằng số điện môi của chất lỏng, ∈  = 32

Điện dung của tụ điện hình cầu được cho bởi hệ thức :

∈  = hằng sô điện môi của không gian trông = 8,85 x 10 -12  C 2  N -1  m -2

Thay các giá trị trong phương trình, chúng ta nhận được :

Các yếu tố ảnh hưởng đến điện dung

  • Chất điện môi

Ảnh hưởng của chất điện môi đối với điện dung là điện dung cho phép của chất điện môi càng lớn thì điện dung càng lớn, tương tự như vậy hằng số điện môi cho phép của chất điện môi càng nhỏ thì điện dung càng nhỏ.

  • Khoảng cách các bản tụ

Ảnh hưởng của khoảng cách đến điện dung là nó tỉ lệ nghịch với khoảng cách giữa các bản tụ. Về mặt toán học, nó được cho là:

  • Diện tích của các bản

Ảnh hưởng diện tích bản tụ là điện dung tỉ lệ thuận với diện tích. Diện tích bản càng lớn thì giá trị điện dung càng lớn. Về mặt toán học, nó được cho là:

Các loại tụ điện thường gặp

Tụ điện được chia thành mấy loại ? Mời bạn theo dõi hướng dẫn dưới đây nhé ! Các loại tụ điện thường gặp thì mỗi loại có một số tính năng và nhược điểm nhất định và ứng dụng của nó cũng vậy sẽ khác nhau.

Các loại tụ điện thường gặp
Các loại tụ điện thường gặp

Những yếu tố quan trọng khi phân loại tụ điện :

  • Kích thước – Kích thước cả về khối lượng vật lý và điện dung. Không có gì lạ khi tụ điện là thành phần lớn nhất trong mạch. Chúng cũng có thể rất nhỏ. Nhiều điện dung hơn thường yêu cầu một tụ điện lớn hơn.
  • Điện áp tối đa – Mỗi tụ điện có một điện áp lớn nhất có thể đi qua nó. Một số tụ điện có thể có giá trị là 1.5V, những tụ điện khác có thể  là 100V. Vượt quá điện áp tối đa thường sẽ dẫn đến phá hủy tụ điện.
  • Dòng điện rò – Tụ điện không hoàn hảo. Mọi tụ điện đều dễ bị rò rỉ một lượng nhỏ dòng điện qua chất điện môi, từ cực này sang cực kia. Suy hao dòng điện nhỏ này (thường là nanomps hoặc ít hơn) được gọi là Dòng rò. Rò rỉ làm cho năng lượng tích trữ trong tụ điện giảm dần, nhưng chắc chắn sẽ tiêu hao hết.
  • Điện trở nối tiếp tương đương (ESR) (Nội Điện Trở) – Các đầu cực của tụ điện không dẫn điện 100%, chúng sẽ luôn có một lượng điện trở nhỏ (thường nhỏ hơn 0,01Ω) đối với chúng. Điện trở này trở thành một vấn đề khi có nhiều dòng điện chạy qua tụ điện , sinh nhiệt và tổn thất điện năng.
  • Dung sai – Tụ điện cũng không thể được tạo ra để có điện dung chính xác. Mỗi tụ điện sẽ được đánh giá theo điện dung định mức của chúng, nhưng tùy thuộc vào loại, giá trị chính xác có thể thay đổi ở trong khoảng ± 1% đến ± 20% giá trị mong muốn.

Sau đây là các loại tụ điện khác nhau.

  • Tụ điện phân (Tụ Nhôm)
  • Tụ mica
  • Tụ giấy
  • Tụ phim
  • Tụ không phân cực
  • Tụ gốm

Tụ gốm

Tụ điện được sản xuất và sử dụng phổ biến nhất hiện nay là tụ gốm. Tên gọi này xuất phát từ vật liệu của chất điện môi . Tụ gốm thường nhỏ cả về mặt vật lý và điện dung . Thật khó để tìm thấy một tụ điện gốm lớn hơn 10µF . Tụ gốm dán thường là loại 0402 (0,4mm x 0,2mm), 0603 (0,6mm x 0,3mm) hoặc 0805 rất nhỏ. Các tụ gốm xuyên lỗ thường trông giống như những bóng đèn nhỏ (thường là màu vàng hoặc đỏ), với hai đầu nối nhô ra.

Hai Tụ gốm xuyên lỗ, xuyên tâm; Tụ 22pF ở bên trái và 0,1µF ở bên phải. Ở giữa, Tụ dán 0,1µF 0603 cực nhỏ.
Hai Tụ gốm xuyên lỗ, xuyên tâm; Tụ 22pF ở bên trái và 0,1µF ở bên phải. Ở giữa, Tụ dán 0,1µF 0603 cực nhỏ.

So với các Tụ điện phân phổ biến tương đương, gốm là loại tụ điện gần như lý tưởng hơn (ESR và dòng rò thấp hơn nhiều), nhưng điện dung nhỏ của chúng có thể bị hạn chế. Chúng cũng thường được lựa chon vì đỡ tốn kém . Những Tụ này rất phù hợp cho các ứng dụng tách và ghép tần số cao .

Các ứng dụng của tụ điện gốm :

  • Tụ gốm được sử dụng trong bảng mạch in được sử dụng trong các ứng dụng mật độ cao.
  • Tính không phân cực của chúng làm cho chúng thích hợp cho việc sử dụng thông thường.
  • Chúng được tìm thấy các ứng dụng trong động cơ DC vì chúng được sử dụng để giảm nhiễu RF.
  • Tụ gốm được sử dụng trong các phần phát, nơi sử dụng mạch cộng hưởng.

Tụ nhôm ( Tụ điện phân Tantali )

Chất điện phân rất tốt vì chúng có thể tạo ra rất nhiều điện dung vào một khối lượng tương đối nhỏ. Nếu bạn cần một tụ điện trong phạm vi từ 1µF-1mF, nhiều khả năng bạn sẽ tìm thấy nó ở dạng điện phân. Chúng đặc biệt phù hợp với các ứng dụng điện áp cao vì điện áp tối đa tương đối cao. Tụ điện nhôm, loại tụ điện phổ biến nhất trong họ, thường trông giống như lon thiếc nhỏ, với cả hai chân kéo dài từ phía dưới.

Tụ nhôm ( Tụ điện phân Tantali )
Một loại tụ điện xuyên lỗ và tụ điện Dán. Lưu ý rằng mỗi loại có một số phương pháp để đánh dấu cực âm .

Thật không may, các tụ điện phân thường phân cực . Chúng có một chân dương ( cự dương ) và một chân âm được gọi là cực âm. Khi đặt điện áp vào Tụ điện phân thì anôt phải ở hiệu điện thế cao hơn catốt. Cực âm của tụ điện thường được xác định bằng dấu ‘-‘ và một dải màu trên vỏ. Chân của cực dương cũng có thể dài hơn một chút như một dấu hiệu khác. Nếu điện áp được đặt ngược lại trên Tụ điện phân, chúng sẽ hỏng và phát nổ. Sau khi nổ chất điện phân sẽ hoạt động giống như ngắn mạch.

Tụ điện phân này có dòng rõ cao – một lượng nhỏ dòng điện ( nA ) chạy qua chất điện môi từ cực này sang cực kia. Điều này làm cho các Tụ điện phân ít lý tưởng hơn để lưu trữ năng lượng, trong khi đó chúng có công suất và điện áp cao.

Các ứng dụng của tụ điện nói chung là trong mạch cung cấp điện một chiều vì chúng có điện dung lớn và nhỏ trong việc giảm điện áp gợn . Các ứng dụng của tụ điện này là ghép và tách. Nhược điểm của tụ điện là định mức điện áp tương đối thấp vì sự phân cực của tụ điện.

Tụ điện không phân cực

Tụ điện không phân cực được phân thành hai loại tụ điện lá nhựa và một loại còn lại là tụ điện không phân cực.

Tụ điện không phân cực
Tụ điện không phân cực

Bản chất của tụ điện bằng nhựa là không phân cực và các tụ điện nói chung là hai tụ điện mắc nối tiếp, được ghép nối tiếp nhau, do đó kết quả là tụ điện không phân cực với một nửa điện dung. Tụ điện không phân cực yêu cầu các ứng dụng xoay chiều nối tiếp hoặc song song với tín hiệu hoặc nguồn cung cấp.

Các ví dụ là bộ lọc phân tần của loa và mạng hiệu chỉnh hệ số công suất. Trong hai ứng dụng này, một tín hiệu điện áp xoay chiều lớn được áp dụng trên tụ điện.

Tụ film

Tụ film còn được gọi là màng polyme, màng nhựa hoặc chất điện môi. Ưu điểm của tụ điện phim là không đắt và có thời hạn sử dụng vô hạn. Tụ film sử dụng vật liệu điện môi mỏng với mặt còn lại của tụ điện được kim loại hóa. Tùy thuộc vào ứng dụng, màng tụ điện được cuộn thành các màng mỏng. Dải điện áp chung của các tụ điện này là từ 50 V đến 2 kV.

Tụ film
Tụ film

Các loại tụ điện film :
Tùy thuộc vào vật liệu điện môi được sử dụng và ứng dụng, sau đây là phân loại của tụ điện phim:

  • Tụ điện snubber
  • Tụ điện kiểu SMD
  • Tụ kiểu trục
  • Tụ điện kiểu xuyên tâm
tụ điện film
tụ điện film

Các ứng dụng của tụ điện film :

  • Các tụ điện này được sử dụng làm tụ điện an toàn và chống nhiễu điện từ.
  • Tụ điện film tìm thấy trong ứng dụng trong điện tử công suất.
  • Các tụ điện này được sử dụng để bảo vệ các thiết bị khỏi các đột biến điện áp đột ngột.
  • Tụ phim được sử dụng để cải thiện hệ số công suất của thiết bị.

Tụ giấy

Tụ giấy còn được gọi là tụ điện cố định, trong đó giấy được sử dụng làm vật liệu điện môi. Lượng điện tích của tụ giấy là cố định. Nó bao gồm hai tấm kim loại và giấy được sử dụng làm vật liệu điện môi được đặt giữa các tấm này.

Tụ giấy
Tụ giấy

Các ứng dụng của Tụ giấy :

  • Các tụ điện này được sử dụng trong các hệ thống lọc, ghép và tách nhiễu.
  • Chúng cũng được sử dụng để chặn tín hiệu DC để tín hiệu AC được truyền qua.
  • Các loại cảm biến như cảm biến độ ẩm, cảm biến mức nhiên liệu, … đã qua sử dụng tụ giấy.
  • Tụ giấy được sử dụng trong hệ thống âm thanh của ô tô vì chúng cung cấp thêm năng lượng cho bộ khuếch đại.
Tụ giấy thực tế
Tụ giấy thự tế

Tụ điện mắc Nối Tiếp và Song Song

Giống như điện trở , nhiều tụ điện có thể được mắc nối tiếp hoặc song song để tạo ra một điện dung tương đương . Tuy nhiên, các tụ điện cộng lại với nhau theo cách hoàn toàn trái ngược với điện trở.

Tụ điện mắc Nối Tiếp và Song Song
Tụ điện mắc Nối Tiếp và Song Song

Tụ điện song song

Khi đặt các tụ điện song song với nhau thì tổng điện dung đơn giản là tổng của tất cả các điện dung . Điều này tương tự như cách thêm điện trở khi mắc nối tiếp.

Tụ điện song song
Tụ điện song song

Vì vậy, ví dụ, nếu bạn mắc song song ba tụ điện có giá trị 10µF, 1µF và 0,1µF, thì tổng điện dung sẽ là 11,1µF (10 + 1 + 0,1).

Khi bố trí các tụ điện song song trong một hệ thống có nguồn hiệu điện thế Vthì hiệu điện thế qua mỗi phần tử như nhau và bằng tụ điện nguồn : 

V₁ = V₂ = … = V

Công thức chung cho điện tích , được lưu trữ trong tụ điện , là:QiCi:

Qi = Vi * Ci

Tụ điện mắc nối tiếp

Tụ điện mắc nối tiếp thì điện dung tương đương sẽ bằng tổng nghịc đảo của các điện dung !

Tụ điện mắc nối tiếp
Tụ điện mắc nối tiếp

nếu bạn mắc nối tiếp hai tụ điện có giá trị bằng nhau thì tổng điện dung bằng một nửa giá trị của chúng. Ví dụ, hai tụ điện 10F mắc nối tiếp sẽ tạo ra tổng điện dung là 5F (nó cũng có lợi ích là tăng gấp đôi định mức điện áp của tổng tụ điện, từ 2,5V lên 5V).

Tụ điện có tác dụng gì ?

Tụ điện có công dụng gì ?. Để có thể trả lời câu hỏi này mời bạn tham khảo câu trả lời dưới đây nhé !

Tụ điện có tác dụng gì ?
Tụ điện có tác dụng gì ?

Tụ điện Tách – Decoupling capacitor

Rất nhiều tụ điện mà bạn nhìn thấy trong các mạch, đặc biệt là những tụ điện trong mạch tích hợp , được tách ra. Công việc của tụ điện tách là khử nhiễu tần số cao trong các tín hiệu cung cấp điện. Chúng lấy các gợn điện áp nhỏ, nếu không có thể gây hại cho các vi mạch , ra khỏi nguồn cung cấp điện áp.

Theo một cách nào đó, các tụ điện tách hoạt động như một nguồn cung cấp năng lượng rất nhỏ cho các IC (gần giống như một nguồn cung cấp điện liên tục dành cho máy tính). Nếu nguồn điện tạm thời giảm điện áp (điều này thực sự khá phổ biến, đặc biệt là khi mạch mà nó cấp nguồn liên tục chuyển đổi các yêu cầu tải của nó), một tụ điện tách có thể nhanh chóng cấp nguồn ở điện áp chính xác. Đây là lý do tại sao các tụ điện này còn được gọi là Tụ Bypass  ; chúng có thể tạm thời hoạt động như một nguồn điện.

Tụ điện tách kết nối giữa nguồn điện (5V, 3.3V, v.v.) và đất. Không có gì lạ khi sử dụng hai hoặc nhiều loại tụ điện có giá trị khác nhau, bởi vì một số giá trị tụ điện sẽ tốt hơn những giá trị khác trong việc lọc ra một số tần số nhiễu nhất định.

Tụ điện Tách - Decoupling capacitor
Tụ điện Tách – Decoupling capacitor

Trong sơ đồ này , ba tụ điện được sử dụng để giúp giảm nhiễu trong nguồn điện áp của máy đo gia tốc. Hai tụ gốm 0,1µF và một tụ điện phân tantali 10µF nhiệm vụ tách .

Mặc dù có vẻ như điều này có thể tạo ra sự cố ngắn từ nguồn điện xuống đất, nhưng chỉ các tín hiệu tần số cao mới có thể chạy qua tụ điện xuống đất. Tín hiệu DC sẽ đi đến IC, như mong muốn. Một lý do khác mà chúng được gọi là tụ điện rẽ nhánh là vì các tần số cao (trong dải kHz-MHz) không chạy qua vi mạch, thay vào đó chạy qua tụ điện để tiếp đất.

Khi đặt các tụ điện tách một cách vật lý, chúng phải luôn được đặt càng gần IC càng tốt. Chúng càng ở xa, chúng sẽ càng kém hiệu quả.

Đây là cách bố trí mạch vật lý từ sơ đồ trên. Vi mạch màu đen, nhỏ bé được bao quanh bởi hai tụ điện 0,1µF (Tụ màu nâu) và một tụ điện tantali 10µF (Tụ hình chữ nhật cao, màu đen / xám).

Để tuân theo thực tiễn kỹ thuật tốt, hãy luôn thêm ít nhất một tụ điện tách vào mỗi vi mạch. Thông thường 0,1µF là một lựa chọn tốt, hoặc thậm chí thêm một số mũ 1µF hoặc 10µF. Chúng giúp đảm bảo chip không bị sụt giảm điện áp hoặc tăng đột biến.

Tụ lọc nguồn

Bộ chỉnh lưu diode có thể được sử dụng để biến điện áp AC  thành điện áp DC theo yêu cầu của hầu hết các thiết bị điện tử. Nhưng riêng điốt không thể biến tín hiệu AC thành tín hiệu DC sạch, chúng cần sự trợ giúp của tụ điện! Bằng cách thêm một tụ điện song song vào một bộ chỉnh lưu cầu, một tín hiệu được chỉnh lưu như sau:

Tụ lọc nguồn
Tụ lọc nguồn

Có thể được chuyển thành tín hiệu DC mức gần như thế này:

Tụ điện sẽ luôn cố gắng chống lại sự thay đổi đột ngột của điện áp. Tụ lọc sẽ tích điện khi điện áp chỉnh lưu tăng lên. Khi điện áp chỉnh lưu đi vào Tụ bắt đầu giảm nhanh, tụ điện sẽ tiếp cận nguồn năng lượng dự trữ của nó và nó sẽ phóng điện rất chậm, cung cấp năng lượng cho tải. Tụ điện không được xả hết trước khi tín hiệu đã được chỉnh lưu đầu vào bắt đầu tăng trở lại, sạc lại Tụ. Quá trình này thực hiện nhiều lần trong một giây, lặp đi lặp lại miễn là nguồn điện được sử dụng.

Mạch cung cấp nguồn AC-to-DC. Tụ lọc (C1) rất quan trọng trong việc làm mịn tín hiệu DC được gửi đến tải.
Nếu bạn chia nhỏ bất kỳ bộ nguồn AC-DC nào, bạn nhất định phải tìm thấy ít nhất một tụ điện khá lớn. Dưới đây là ruột của bộ nguồn âm tường 9V DC . Bnaj có nhận thấy bất kỳ tụ điện trong đó không ?

Có thể có nhiều tụ điện hơn bạn nghĩ! Có bốn tụ bằng thiếc, điện phân, nằm trong khoảng từ 47µF đến 1000µF. Hình chữ nhật lớn, màu vàng ở phía trước là tụ màng polypropylene 0,1µF điện áp cao. Tụ hình đĩa màu xanh lam và một cái nhỏ màu xanh lá cây ở giữa đều là Tụ gốm .

Lưu trữ và cung cấp năng lượng

Rõ ràng là nếu một tụ điện lưu trữ năng lượng, thì một trong nhiều ứng dụng của nó sẽ cung cấp năng lượng đó cho một mạch, giống như một cục pin. Vấn đề là tụ điện có mật độ năng lượng thấp hơn nhiều so với pin; chúng không thể đóng gói nhiều năng lượng như một pin hóa học có kích thước tương đương

Ưu điểm của tụ điện là chúng thường có tuổi thọ cao hơn pin, điều này làm cho chúng trở thành một lựa chọn tốt hơn cho môi trường. Chúng cũng có khả năng cung cấp năng lượng nhanh hơn nhiều so với pin, điều này làm cho chúng hoạt động tốt cho các ứng dụng cần thời lượng ngắn nhưng năng lượng cao. Đèn flash máy ảnh có thể lấy điện từ tụ điện (do đó, có thể được sạc bằng pin).

 

Pin Tụ điện
Dung lượng
Mật độ năng lượng
Tỷ lệ Sạc / xả
Tuổi thọ

Lọc tín hiệu

Tụ điện có một phản ứng duy nhất đối với các tín hiệu có tần số khác nhau. Chúng có thể chặn các thành phần tín hiệu DC hoặc tần số thấp trong khi vẫn cho phép các tần số cao hơn đi qua .

Lọc tín hiệu có thể hữu ích trong tất cả các loại ứng dụng xử lý tín hiệu. Máy thu vô tuyến có thể sử dụng một tụ điện (trong số các thành phần khác) để điều chỉnh các tần số không mong muốn.

Một ví dụ khác về lọc tín hiệu tụ điện là các mạch phân tần thụ động bên trong loa, chúng tách một tín hiệu âm thanh thành nhiều phần. Một tụ điện nối tiếp sẽ chặn các tần số thấp, vì vậy các phần tần số cao còn lại của tín hiệu có thể đi đến loa tweeter của loa. Trong mạch tần số thấp, loa siêu trầm, các tần số cao hầu hết có thể được nối đất thông qua tụ điện song song.

Lọc tín hiệu
Lọc tín hiệu

Một ví dụ rất đơn giản về mạch phân tần âm thanh. Tụ điện sẽ chặn tần số thấp, trong khi cuộn cảm chặn tần số cao. Mỗi loại có thể được sử dụng để cung cấp tín hiệu thích hợp đến các trình điều khiển âm thanh đã điều chỉnh.

Tụ điện trong mạch xoay chiều

Khi một tụ điện được kết nối với nguồn điện một chiều, thì tụ điện bắt đầu sạc chậm. Và, khi điện áp dòng sạc của tụ điện bằng với điện áp cung cấp, nó được coi là sạc đầy. Ở đây, trong điều kiện này, tụ điện hoạt động như một nguồn năng lượng miễn là có hiệu điện thế. Ngoài ra, tụ điện không cho phép dòng điện đi qua nó sau khi nó được sạc đầy.

Tụ điện trong mạch xoay chiều
Tụ điện trong mạch xoay chiều

Bất cứ khi nào, điện áp xoay chiều được cung cấp cho tụ điện như hình vẽ ở trên mạch thuần điện dung. Khi đó tụ điện sẽ tích điện và phóng điện liên tục với mọi cấp điện áp mới (tích điện ở cấp điện áp dương và phóng điện về cấp điện áp âm). Điện dung của tụ điện trong mạch điện xoay chiều phụ thuộc vào tần số của điện áp đầu vào cung cấp cho đoạn mạch. Cường độ dòng điện tỉ lệ thuận với tốc độ thay đổi của hiệu điện thế đặt vào đoạn mạch.

i = dQ / dt = C (dV / dt )

Sơ đồ phasor cho tụ điện trong mạch AC :

Sơ đồ phasor cho tụ điện trong mạch AC :
Sơ đồ phasor cho tụ điện trong mạch AC :

Như bạn thấy sơ đồ phasor cho tụ điện xoay chiều trong hình dưới đây, dòng điện và điện áp được biểu diễn dưới dạng sóng sin. Khi quan sát, ở 0⁰ dòng điện nạp đạt giá trị cực đại vì điện áp tăng đều theo chiều dương.

Bây giờ, ở 90⁰ không có dòng điện chạy qua tụ điện vì điện áp cung cấp đạt đến giá trị lớn nhất. Ở 180⁰, điện áp bắt đầu giảm từ từ đến không và dòng điện đạt giá trị cực đại theo chiều âm. Và, một lần nữa, quá trình sạc đạt đến giá trị cao nhất ở 360⁰, do điện áp nguồn cung cấp ở giá trị nhỏ nhất.

Do đó, từ dạng sóng trên ta có thể quan sát thấy dòng điện đang sớm pha hơn hiệu điện thế bằng 90⁰. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng điện áp xoay chiều trễ pha 90⁰ so với dòng điện trong mạch tụ điện lý tưởng .

Phản ứng của tụ điện (Xc) trong mạch điện xoay chiều :

Hãy xem xét sơ đồ mạch ở trên, như chúng ta biết điện áp đầu vào AC được biểu thị bằng :

V = V m Sin wt

Và, điện tích tụ điện Q = CV,

Vì vậy, Q = CV m Sin wt

Và, dòng điện qua tụ điện, i = dQ / dt

Cho nên,

i = d (CV m Sin wt ) / dt 
i = C * d (V m Sin wt ) / dt 
i = C * V m Cos wt * w 
i = w * C * V m Sin (wt + π / 2) 
tại, wt = 0 
sin (wt + π / 2) = 1 
do đó, i m = wCV m
 V m / i m = 1 / wC

Như chúng ta đã biết, w = 2πf

Cho nên,

Dung Kháng (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC

Ví dụ về Dung Kháng trong mạch điện xoay chiều :

Hãy xem giá trị của C = 2,2uf và điện áp nguồn V = 230V, 50Hz

Bây giờ, Dung Kháng (Xc) = V m / i m = 1 / 2πfC 
Ở đây, C = 2,2uf và f = 50Hz 
Vì vậy, Xc = 1/2 * 3,1414 * 50 * 2,2 * 10-6 Xc = 1446,86
 ohm

 

Đỗ Thủy Học Điện Tử

Tôi một người đam mê cung cấp kiến thức cuộc sống và kiến thức giáo dục văn học , vật lý , điện tử đến cho mọi người hãy cùng tôi tiếp nhận kiến thức mới nhé !

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.

Back to top button