Tụ điện là gì? phân loại loại tụ điện, cách kiểm tra tụ điện

phân loại loại tụ điện

1.Tụ điện là gì?

Tụ điện một thiết bị điện tử không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao dộng và các loại mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Tụ điện có tên gọi tiếng anh là Capacitor và được viết tắt ký hiệu chữ “C”. là một linh kiện rộng rãi trong các mạch điện tử.Tụ điện có 2 chân có thể ở dạng phân cực hoặc không phân cực, đối với tụ với phân cực cần cấp đúng điện áp để tụ có thể hoạt động (cực dương có hiệu điện thế cao hơn cực âm)

- Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu trữ năng lượng điện. Hay tích tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường.
2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi (dielectric) – là những chất không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica…
Có nhiều loại tụ điện khác nhau và nó được phân loại dựa trên cấu tạo của tụ điện.

- Khi 2 bề mặt có sự chênh lệch về điện thế, nó cho phép dòng điện xoay chiều đi qua. Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
Người ta coi tụ điện là một ắc quy mini bởi khả năng lưu trữ năng lượng điện. Tuy nhiên, cấu tạo của tụ điện cũng như nguyên lý làm việc của tụ điện với Ắc quy hoàn toàn khác nhau.

Đơn vị của tụ điện là Fara. Cách quy đổi 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara


tụ điện phân cực

2. Cấu tạo của tụ điện:

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.
Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

Tùy thuộc vào chất liệu cách điện ở giữa bản cực thì tụ điện có tên gọi tương ứng. Ví dụ như nếu như lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, còn là gốm ta có tụ gốm và nếu là lớp hóa chất thì cho ta tụ hóa.


cấu tạo tụ điện

2.1 Các loại tụ điện thông dụng:

  • Tụ điện gốm (tụ đất): loại tụ này được bao bọc bằng 1 lớp vỏ ceramic, vỏ ngoài của tụ thường được bọc keo hoặc nhuộm màu. Các loại gốm thường được sử dụng để sản xuất loại tụ này 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 tầm 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).
  • Tụ bạc – mica: là mẫu tụ điện mica với bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung từ vài pF tới vài nF, độ ồn nhiệt thấp. Mẫu tụ này thường được sử dụng cho những mạch cao tần.
  • Tụ hóa: là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ. Trên thân tụ được thể hiện giá trị điện dung, điện dung thường từ 0,47 µF đến 4700 µF
  • Tụ xoay: Đúng như tên gọi, cấu tạo của tụ điện này giúp nó có thể xoay để đổi giá trị điện dung.
  • Tụ Lithium ion: có năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều
  • Tụ điện tích hợp
    • Tụ điện MIS: tụ điện được chế tạo theo công nghệ bán dẫn, gồm 3 lớp kim loại – điện môi – chất bán dẫn (metal-isolator-semiconductor), trong đó điện môi là polyme.
    • Tụ điện trench
  • Tụ điện cố định
    • Tụ điện gốm (Ceramic): tụ có điện môi chế tạo theo công nghệ gốm.
    • Tụ điện màng (film): tụ có điện môi là màng plastic (plastic film).
    • Tụ điện mica: tụ có điện môi là mica (một loại khoáng vật có trong tự nhiên, bóc được thành lá mỏng. Nó khác với tấm polyme quen gọi là mica). Tụ này ổn định cao, tổn hao thấp và thường dùng trong mạch cộng hưởng tần cao.
    • Tụ hóa: hay tụ điện điện phân (electrolytic capacitor), dùng chất điện phân phù hợp với kim loại dùng làm anode để tạo ra cathode, nhằm đạt được lớp điện môi mỏng và điện dung cao.[7]
      • Tụ hóa nhôm: có anode (+) làm bằng nhôm.
      • Tụ hóa tantali: có anode (+) làm bằng tantali.
      • Tụ hóa niobi: có anode (+) làm bằng niobi.
      • Tụ polyme, tụ OS-CON: dùng điện phân là polyme dẫn điện.
    • Siêu tụ điện (Supercapacitor, Electric double-layer capacitor – EDLS)
      • Siêu tụ điện Nanoionic: chế tạo theo công nghệ lớp kép nano để đạt mật độ điện dung cực cao.
      • Siêu tụ điện Li ion (LIC): chế tạo theo công nghệ lớp kép lai để đạt mật độ điện dung siêu cao.
    • Tụ điện vacuum: điện môi chân không.
  • Tụ điện biến đổi: tụ thay đổi được điện dung.
    • Tụ điện tuning: tụ thay đổi dải rộng dùng trong mạch điều hưởng
    • Tụ điện trim: tụ thay đổi dải hẹp để vi chỉnh
    • Tụ điện vacuum biến đổi (đã lỗi thời).
  • Tụ điện ứng dụng đặc biệt:
    • Tụ điện filter: tụ lọc nhiễu, có một cực là vỏ nối mát, cực còn lại có dạng trụ 2 đầu nối.
    • Tụ điện motor: tụ dùng để khởi động và tạo từ trường xoay cho motor.
    • Tụ điện photoflash: tụ dùng cho đèn flash như đèn flash máy ảnh, cần đến phóng điện nhanh.
  • Dãy tụ điện (network, array): các tụ được nối sẵn thành mảng.
  • Varicap: Điốt bán dẫn làm việc ở chế độ biến dung.

2.2 Các loại Tụ điện:

- Tụ điện phân cực (Không dùng được cho điện AC)

Hầu hết tụ hóa là tụ điện phân cực, tức là nó có cực xác định. Khi đấu nối phải đúng cực âm – dương.

  • Thường trên tụ có kích thước đủ lớn thì cực âm phân biệt bằng dấu – trên vạch màu sáng dọc theo thân tụ, khi tụ mới chưa cắt chân thì chân dài hơn sẽ là cực dương.
  • Các tụ cỡ nhỏ, tụ dành cho hàn dán SMD thì đánh dấu + ở cực dương để đảm bảo tính rõ ràng.

tụ điện phân cực

Trị số của tụ phân cực vào khoảng 0,47μF – 4.700μF, thường dùng trong các mạch tần số làm việc thấp, dùng lọc nguồn.

- Tụ điện không phân cực (dùng cho cả AC và DC)

Tụ điện không phân cực thì không xác định cực dương âm, như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica,… Các tụ có trị số điện dung nhỏ hơn 1 μF thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu. Các tụ cỡ lớn, từ một vài μF đến cỡ Fara thì dùng trong điện dân dụng (tụ quạt, mô tơ,…) hay dàn tụ bù pha cho lưới điện.

Tụ điện không phân cực


- Theo cách phân loại này có các loại tụ điện như sau:

  • 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 mica màng mỏng: cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay nhựa có cấu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester, Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm/C).
  • Tụ bạc - Mica: là loại tụ điện mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung từ vài pF đến vài nF, độ ổn nhiệt rất bé. Tụ này dùng cho cao tần là thích hợp nhất. Ví dụ:

tụ gốm đa lớp

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

Tụ tantalum

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

- Là loại tụ thường có giá trị rất nhỏ, thường từ 100 pF đến 500 pF. Tụ xoay có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung và thường được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi dò đài.


các loại tụ xoay

3. Nguyên lý hoạt động của tụ điện:


Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều. Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện


- Tụ điện trong thực tế có rất nhiều loại hình dáng khác nhau với nhiều loại kích thước từ to đến nhỏ. tùy vào mỗi loại điện dung và điện áp khác nhau, nên có những hình dạng khác nhau.





4. Điện dung - Đơn vị - Kí hiệu của Tụ điện:

* Điện dung: Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ . S / d

Trong đó C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F)
ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện
d: là chiều dày của lớp cách điện
S: là diện tích bản cực của tụ điện

* Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF).
1 Fara = 1000.000µ Fara = 1000.000.000n F = 1000.000.000.000 pF
1 µ Fara = 1000 n Fara
1 n Fara = 1000 p Fara

  • + Tụ hoá (là tụ có hình trụ) trị số được ghi trực tiếp trên thân. VD : 10 Micro, 100 Micro , 470 micro vv...
  • + 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 .
  • + 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

* Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor). Trên các mạch điện tụ điện có kí hiệu rất đơn giản và chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy được.


ký hiệu tụ điện

5. Một số tụ điện phổ biến và ứng dụng của nó:

Tụ điện là một thành phần vô cùng quan trọng trong điện tử, mỗi loại tụ điện được sử dụng cho một mục đích khác nhau.
Sau đây chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu về các chức năng của 1 số loại tụ điện:

1. Tụ hoá:

* Tính chất: Tụ hóa là tụ có phân biệt cực tính (nếu phân cực ngược sẽ bị hỏng), tụ hóa có dung môi làm bằng hóa chất nên sau khi sử dụng một thời gian dài sẽ bị khô, làm giảm khả năng phóng/nạp của tụ. Tụ hóa thường có điện dung lớn (cỡ uF). Ví dụ:

tụ hoá

Ứng dụng của tụ hóa:

  • Đối với các mạch nguồn xung, tụ hóa được dùng để lọc nguồn đầu vào hay lọc nguồn đầu ra.
  • Đối với mạch nguồn xung trong đầu đĩa, đầu thu kts thường sử dụng tụ hóa 50V40uF nối từ cuộn hồi tiếp vào chân mồi của IC nguồn.
  • Đối với các mạch loa, tụ hóa được dùng để khi mở công suất lớn không bị cháy loa và ổn định công suất tiếng cho loa. Các bạn có thể thấy, loa sau một thời gian dài sử dụng sẽ có hiện tượng loa một bên to một bên nhỏ, đó là do có một con tụ hóa nào đó bị khô, và khi đó bạn phải thay các con tụ hóa nằm cạnh IC công suất tiếng và các con tụ nằm gần đường out put của loa là được.

ứng dụng tụ hoá

2. Tụ kẹo (tụ CBB, tụ film)

*Tính chất: Tụ kẹo là tụ không phân cực, nó chỉ cho dòng điện xoay chiều đi qua và cản dòng điện một chiều. Tụ kẹo thường có điện dung nhỏ cỡ nF.

* Ứng dụng: Tụ kẹo được dùng để hạ áp trong các mạch đơn giản như đèn ngủ, đèn led cầm tay, vợt muỗi,... Vì các mạch này dùng điện áp và dòng nhỏ nên nếu dùng biến áp để hạ áp thì sẽ rất cồng kềnh và tốn kém, tụ có trị số càng lớn thì sẽ cho dòng điện đi qua càng lớn và ngược lại.


tụ kẹo


6. Kiểm tra tụ điện:

-Phương pháp đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm, Phương pháp kiểm tra tụ hoá

A. Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm

Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập ta quan sát hình ảnh:


kiểm tra tụ gốm

Ở hình ảnh trên là phép đo kiểm tra tụ gốm, có ba tụ C1 , C2 và C3 có điện dung bằng nhau, trong đó C1 là tụ tốt, C2 là tụ bị dò và C3 là tụ bị chập.

  • Khi đo tụ C1 (Tụ tốt) kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ. (Lưu ý các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp)
  • Khi đo tụ C2 (Tụ bị dò) ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ.
  • Khi đo tụ C3 (Tụ bị chập) ta thấy kim lên = 0 Ω và không trở về.
  • Lưu ý: Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo.

B. Đo kiểm tra tụ hoá:

Tụ hoá ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm, để kiểm tra tụ hoá, ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, hình ảnh dưới đây minh hoạ.


đo kiểm tra tụ hoá

Để kiểm tra tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh.
Để đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω (điện dung càng lớn thì để thang càng thấp)

Đo vào hai tụ và so sánh độ phóng nạp, khi đo ta đảo chiều que đo vài lần.

Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô.
Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị dò.

* Chú ý: Nếu kiểm tra tụ điện trực tiếp ở trên mạch, ta cần phải hút rỗng một chân tụ khỏi mạch in, sau đó kiểm tra như trên.

Hi vọng bài viết sẽ hữu ích đối với bạn. Cảm ơn bạn đã dành thời gian đọc bài.

Post a Comment

Previous Post Next Post
Đọc tiếp: