tổng hợp kiến thức về tụ điện

TỔNG HỢP CÁC KIẾN THỨC VỀ TỤ ĐIỆN.

I) Định nghĩa:

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động bao gồm hai mặt dẫn điện gọi là bản cực tụ, được phân cách bởi một chất cách điện, gọi là điện môi (không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh...)

Giá trị của tụ điện là điện dung, được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F). Giá trị F là rất lớn nên hay dùng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF), nano Fara (nF) hay picro Fara (pF).

1F=106μF=109nF=1012pF

II) Phân loại tụ điện thường gặp:

1) Theo tính chất lý hóa và ứng dụng: Có các loại tụ điện :

- Tụ điện phân cực: là loại tụ điện có hai đầu (-) và (+) rõ ràng, không thể mắc ngược đầu trong mạng điện DC. Chúng thường là tụ hóa học và tụ tantalium.

- Tụ điện không phân cực: Là tụ không qui định cực tính, đấu nối "thoải mái" vào mạng AC lẫn DC.

 - Tụ điện hạ (thấp) áp và cao áp: Do điện áp làm việc mà có phân biệt "tương đối" này.

- Tụ lọc (nguồn) và tụ liên lạc (liên tầng): Tụ điện dùng vào mục tiêu cụ thể thì gọi tên theo ứng dụng, và đây cũng là phân biệt "tương đối".

- Tụ điện tĩnh và tụ điện động (điều chỉnh được): Đa số tụ điện có một trị số điện dung "danh định" nhưng cũng có các loại tụ điện cần điều chỉnh trị số cho phù hợp yêu cầu của mạch điện, như tụ điện trong mạch cộng hưởng hay dao động chẳng hạn. 

2/ Theo cấu tạo và dạng thức :

- Tụ điện gốm (tụ đất) : Gọi tên như thế là do chúng được làm bằng ceramic, bên ngoải bọc keo hay nhuộm màu. Gốm điện môi được dùng là COG, X7R, Z5U v.v...

- Tụ gốm đa lớp: Là loại tụ gốm có nhiều lớp bản cực cách điện bằng gốm. Tụ này đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm "thường" khoảng 4 --> 5 lần.

- Tụ giấy : Là tụ điện có bản cực là các lá nhôm hoặc thiếc cách nhau bằng lớp giấy tẩm dầu cách điện làm dung môi.

- Tụ mica màng mỏng : cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay nhựa có cầu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester, Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm / C).

Nhà máy Sản xuất tụ điện ICTI (công nghệ màng mỏng) Đà Nẵng là một đơn vị cung cấp linh kiện điện tử tại Việt Nam. 

     - Tụ bạc - mica: là loại tụ điện mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung từ vài pF đến vài nF, độ ồn nhiệt rất bé. Tụ này dùng cho cao tần là ... hết biết.

     - Tụ hóa học: Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu --> tạo điện dung cao và rất cao cho tụ điện. Nếu bên ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụ nhôm.

 - Tụ siêu hóa (Super Chimical Capacitance) : dùng dung môi đất hiếm, tụ này nặng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad. Tụ có thể dùng như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ (clock) cần cấp điện liên tục.

 - Tụ hóa sinh là Siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năng trong các thiết bị điện tử di động, dùng lginate trong tảo biển nâu làm nền dung môi --> lượng điện tích trữ siêu lớn và giảm chỉ 15% sau mỗi chu kỳ 10.000 lần sạc

           - Tụ tantalium : Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, có trị số rất lớn với thể tích nhỏ.

- Tụ vi chỉnh và tụ xoay : Có loại gốm, loại mica và loại kim loại.

III) Cách chọn tụ điện:

Chọn tụ điện để liên lạc giữa các tầng chức năng (thường là khuếch đại) thường được chọn "hàm hồ". Nghĩa là thường chọn theo cảm tính và kinh nghiệm, thường thì tài liệu lý thuyết cũng bị bỏ quên vì ... xem thường, hay vì nó ... khó quá không chừng.

Để chọn tụ liên lạc tốt giữa các tầng khuếch đại cần chú ý :

 1/ Tổng trở xuất (ngõ ra) của tầng trườc phải tương đương với tổng trở nhập (ngã vào) của tầng sau. Total trở kháng ra mixed (trộn) bởi các tầng trước bằng total trờ kháng ngõ vào của tầng sau.

Đây là một trong những vấn đề căn bản trong thiết kế mạch điện tử.

2/ Qui chuẩn tính chất vật lý của tín hiệu: Tần số, dạng tín hiệu v.v... phải được nắm bắt kỹ.

Ví dụ: có cả một dải tần đi qua tụ liên lạc đó, thì ta phải nắm được tần số trung tâm + dải tần số tác dụng. Tín hiệu dạng xung thì phải nắm được tần số chính và các hoạ tần của nó (hài - harmonic).

3/ Việc chọn tụ liên lạc (hay mạch liên lạc có tụ) đúng sẽ làm giảm nguy cơ nhiễu, tiếng ồn

hay méo tín hiệu (noise, distortion) tự dao động, bức xạ ngoài ý muốn, tổn hao vô ích v.v... trong các mạch khuếch đại, bảo đảm dạng tín hiệu. Ví dụ, tín hiệu là dạng xung thì phần liên lạc (có tụ) phải bảo đảm đưa được tần số trung tâm và tổng hài (total harmonics) của nó dạng xung ấy mới được đưa qua trọn vẹn mà không bị méo dạng.

  Như vậy thì vấn đề tụ liên lạc trở nên dễ dàng. Nếu lấy mạch đẳng hiệu thì ta có hai tổng trở R(zA) của ngõ ra tầng trước song song với R(zB) của ngõ vào tầng sau nối tiếp với Z(C) của tụ liên lạc, f(S) là tần số trung tâm của tín hiệu . 
Thời hằng của mạch liên lạc:
t = 1/ f(S) = (Sqrt)2 x RC.

Với R ~ R(zA) + R(zB) / R(zA) x R(zB) (ohm) = Z(C)
Các tính toán cụ thể đều có trong chương trình Phổ thông, các bạn ôn một tí là dễ dàng áp dụng được ngay.

4/ Chú ý: 

- Khi tổng trở ngõ ra tầng trước sai khác với tổng trở ngõ vào tầng sau thì thêm R nối tiếp với C và R song song với các tổng trở để bù lại. Gọi là R-C "bù tổng trở". Đôi khi sự "bù" này không thoả mãn nổi thì phải có tầng phối hợp trở kháng nằm giữa hai tầng để làm nhiệm vụ này. Ví dụ : đưa tín hiệu ngõ ra của máy MP3 (~600 Ohm) vào ngõ Mic in (10K Ohm) chẳng hạn.

- Để bảo đảm dạng tín hiệu không sin hay dải thông tín hiệu quá rộng có thể cần đến vài cụm liên lạc R-C ghép song song / nối tiếp nhau để đạt hiệu quả liên lạc mong muốn.

(Nguồn: dientuvietnam.net)