Đặc Điểm của Tụ Điện
Tụ điện có nhiều thông số kỹ thuật và đặc điểm khác nhau. Bằng cách quan sát thông tin in trên thân tụ điện, chúng ta có thể hiểu rõ về các đặc điểm của nó. Tuy nhiên, một số tụ điện có màu sắc hoặc mã số trên bề mặt, do đó việc hiểu các đặc tính trở nên khó khăn hơn. Mỗi loại hoặc gia đình tụ điện đều có bộ đặc điểm và hệ thống nhận diện riêng. Một số hệ thống nhận diện tụ điện dễ hiểu về các đặc tính, trong khi những hệ thống khác lại sử dụng ký hiệu, chữ cái và màu sắc gây nhầm lẫn.
Để dễ dàng hiểu các đặc điểm của một tụ điện cụ thể, trước tiên hãy xác định loại tụ điện, xem nó là tụ gốm, tụ nhựa, tụ phim hay tụ điện phân. Từ đó, việc nhận diện các đặc điểm sẽ trở nên đơn giản hơn. Mặc dù các tụ điện có cùng giá trị điện dung, nhưng chúng có thể có điện áp làm việc khác nhau. Nếu bạn sử dụng một tụ điện có điện áp làm việc thấp thay cho một tụ điện có điện áp làm việc cao, thì điện áp tăng lên có thể gây hư hỏng cho tụ điện có điện áp thấp, mặc dù cả hai tụ đều có cùng giá trị điện dung.
Chúng ta đã biết rằng tụ điện phân có phân cực, vì vậy khi kết nối tụ điện phân vào mạch, cực dương của nó phải được kết nối với cực dương trong mạch, và cực âm của tụ phải được kết nối với cực âm. Nếu không, tụ điện có thể bị hư hỏng. Do đó, luôn tốt hơn khi thay thế tụ điện hỏng hoặc cũ trong mạch bằng một tụ mới có cùng đặc tính. Hình dưới đây cho thấy các đặc điểm của một tụ điện.
Đặc Điểm của Tụ Điện
Tụ điện có một tập hợp các đặc điểm kỹ thuật riêng. Tất cả những đặc điểm này đều có thể được tìm thấy trong bảng dữ liệu do các nhà sản xuất tụ điện cung cấp. Dưới đây là một số đặc điểm quan trọng.
Điện Dung Danh Nghĩa (C)
Một trong những đặc điểm quan trọng nhất của tụ điện là điện dung danh nghĩa (C). Giá trị điện dung danh nghĩa này thường được đo bằng pico-farad (pF), nano-farad (nF) hoặc micro-farad (µF), và giá trị này được chỉ định bằng màu sắc, số hoặc chữ cái trên thân tụ điện. Giá trị điện dung danh nghĩa in trên thân tụ không nhất thiết phải bằng với giá trị thực tế của nó.
Giá trị điện dung danh nghĩa có thể thay đổi theo nhiệt độ làm việc và tần số của mạch. Những giá trị này có thể thấp đến một pico-farad (1pF) đối với các tụ gốm nhỏ và cao tới một farad (1F) đối với tụ điện phân. Tất cả các tụ điện đều có một độ chính xác (tolerance) dao động từ -20% đến +80%.
Điện Áp Làm Việc (WV)
Điện áp làm việc là một đặc điểm quan trọng khác của tụ điện. Điện áp tối đa được áp dụng cho một tụ điện mà không gây hư hỏng trong suốt thời gian hoạt động của nó được gọi là điện áp làm việc (WV). Điện áp làm việc này thường được biểu diễn dưới dạng DC và cũng được in trên thân tụ điện.
Thông thường, điện áp làm việc được in trên thân tụ điện chỉ đề cập đến điện áp DC mà không phải điện áp AC, vì điện áp AC là giá trị rms của nó. Do đó, điện áp làm việc của tụ điện phải lớn hơn 1.414 (Vm = Vrms x √2) lần giá trị AC thực tế để có thể áp dụng điện áp AC cho tụ. Điện áp DC làm việc được chỉ định cho một tụ điện (WV-DC) chỉ có hiệu lực trong một khoảng nhiệt độ nhất định, như từ -30°C đến +70°C. Nếu bạn áp dụng một điện áp DC hoặc AC lớn hơn điện áp làm việc của tụ điện thì tụ có thể bị hư hỏng.
Các điện áp làm việc thường được in trên thân tụ điện là 10V, 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 100V, 160V, 250V, 400V và 1000V. Tất cả các tụ điện sẽ có tuổi thọ lâu hơn nếu hoạt động trong giới hạn điện áp đã định và trong môi trường mát mẻ.
Độ Chính Xác (±%)
Độ chính xác là sự sai lệch tương đối cho phép của điện dung so với giá trị đã định, được biểu thị bằng phần trăm. Giống như điện trở, giá trị độ chính xác của tụ điện cũng tồn tại dưới dạng dương hoặc âm. Giá trị này thường được đo bằng pico-farad (+/-pF) đối với các tụ có giá trị nhỏ hơn 100pF hoặc dưới dạng phần trăm (+/-%) đối với các tụ có giá trị lớn hơn 100pF.
Giá trị độ chính xác của tụ điện được đo ở nhiệt độ +20°C và chỉ có hiệu lực tại thời điểm giao hàng. Nếu tụ điện được sử dụng sau một thời gian lưu trữ dài, thì giá trị độ chính xác sẽ tăng lên, nhưng theo các tiêu chuẩn, giá trị này sẽ không vượt quá gấp đôi giá trị đo tại thời điểm giao hàng. Các độ chính xác giao hàng thường đối với tụ cuộn là +/- (1%, 2.5%, 5%, 10%, 20%). Các giá trị độ chính xác chung cho tụ điện là 5% hoặc 10%, và giá trị này thấp nhất là +/-1% cho tụ nhựa.
Dòng Rò (LC)
Tất cả các vật liệu dielectrics được sử dụng trong tụ điện để ngăn cách các bản kim loại không phải là cách điện hoàn hảo. Chúng cho phép một lượng nhỏ dòng điện, gọi là dòng rò, chảy qua. Hiện tượng này xảy ra do trường điện mạnh được hình thành bởi các hạt tải điện trên các bản tụ khi điện áp (V) được áp dụng.
Dòng rò của một tụ điện là một lượng nhỏ dòng điện DC, thường ở mức nano-ampe (nA). Điều này xảy ra do dòng điện chảy qua vật liệu dielectrics hoặc xung quanh các cạnh và cũng do tụ điện xả điện theo thời gian khi nguồn điện được loại bỏ.
Dòng rò được định nghĩa là việc chuyển giao năng lượng không mong muốn từ mạch này sang mạch khác. Một định nghĩa khác là dòng rò là dòng điện khi dòng điện lý tưởng của mạch bằng không. Dòng rò của tụ điện là một yếu tố đáng kể trong các mạch khuếch đại và mạch nguồn điện.
Dòng rò rất thấp ở các tụ điện loại phim hoặc loại foil, trong khi ở các tụ điện điện phân (tantalum và aluminum), dòng rò có thể rất cao (5-20 µA mỗi µF), trong khi giá trị điện dung của chúng cũng cao.
Nhiệt Độ Làm Việc
Giá trị điện dung của tụ điện thay đổi theo nhiệt độ xung quanh tụ. Sự thay đổi nhiệt độ gây ảnh hưởng đến các tính chất của vật liệu dielectrics. Nhiệt độ làm việc là nhiệt độ mà tụ điện hoạt động với các giá trị điện áp danh nghĩa. Khoảng nhiệt độ làm việc chung cho hầu hết các tụ điện là từ -30°C đến +125°C. Đối với các tụ điện loại nhựa, giá trị nhiệt độ này không vượt quá +70°C.
Giá trị điện dung của một tụ điện có thể thay đổi nếu không khí hoặc nhiệt độ xung quanh tụ quá lạnh hoặc quá nóng. Những thay đổi về nhiệt độ này có thể ảnh hưởng đến hoạt động thực tế của mạch và cũng gây hư hỏng cho các linh kiện khác trong mạch đó. Việc giữ cho nhiệt độ ổn định để tránh làm hỏng tụ điện không phải là điều đơn giản.
Chất lỏng bên trong vật liệu dielectrics có thể bị mất do bay hơi, đặc biệt là trong các tụ điện điện phân (tụ điện phân nhôm) khi hoạt động ở nhiệt độ cao (trên +85°C), và cũng có thể gây hư hỏng cho thân tụ do dòng rò và áp suất bên trong. Hơn nữa, các tụ điện điện phân không thể được sử dụng ở nhiệt độ thấp, chẳng hạn như dưới -10°C.
Hệ Số Nhiệt Độ
Hệ số nhiệt độ (TC) của một tụ điện mô tả sự thay đổi tối đa trong giá trị điện dung với một khoảng nhiệt độ cụ thể. Thông thường, giá trị điện dung được in trên thân tụ điện được đo với tham chiếu ở nhiệt độ 25°C và hệ số TC của tụ điện được đề cập trong bảng dữ liệu cần được xem xét cho các ứng dụng hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn hoặc cao hơn mức này. Thông thường, hệ số nhiệt độ được biểu thị bằng đơn vị phần triệu mỗi độ C (PPM/°C) hoặc như phần trăm thay đổi trong một khoảng nhiệt độ cụ thể.
Một số tụ điện là tuyến tính (tụ điện loại 1), chúng rất ổn định với nhiệt độ; các tụ điện này có hệ số nhiệt độ bằng không. Thông thường, tụ mica hoặc tụ polyester là những ví dụ cho các tụ điện loại 1. Thông số TC cho các tụ điện loại 1 luôn chỉ định sự thay đổi điện dung trong phần triệu (PPM) mỗi độ C.
Một số tụ điện không tuyến tính (tụ điện loại 2), các tụ điện này không ổn định như các tụ điện loại 1, và giá trị điện dung của chúng sẽ tăng khi nhiệt độ tăng, do đó các tụ điện này có hệ số nhiệt độ dương. Ưu điểm chính của các tụ điện loại 2 là hiệu suất thể tích của chúng. Các tụ điện này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng cần giá trị điện dung cao, trong khi độ ổn định và hệ số chất lượng với nhiệt độ không phải là yếu tố chính cần xem xét. Hệ số nhiệt độ (TC) của các tụ điện loại 2 được biểu thị trực tiếp bằng phần trăm. Một trong những ứng dụng hữu ích của hệ số nhiệt độ của các tụ điện là sử dụng chúng để triệt tiêu ảnh hưởng của nhiệt độ lên các linh kiện khác trong một mạch, chẳng hạn như điện trở hoặc cuộn cảm.
Phân Cực
Thông thường, phân cực tụ điện thuộc về các tụ điện loại điện phân, chẳng hạn như tụ điện loại nhôm và tụ điện loại tantalum. Đa số các tụ điện điện phân đều có phân cực, tức là chúng cần đúng phân cực khi kết nối điện áp vào các đầu tụ, như cực dương (+) nối với cực dương (+) và cực âm (-) nối với cực âm (-).
Lớp oxit bên trong tụ điện có thể bị phá vỡ bởi phân cực sai, điều này gây ra dòng điện cao chảy qua thiết bị. Kết quả là tụ điện bị hư hỏng như đã đề cập trước đó. Để ngăn ngừa phân cực sai, hầu hết các tụ điện điện phân có mũi tên hoặc dải đen hoặc băng hoặc hình chữ V trên một bên thân tụ để chỉ ra cực âm (-) của chúng như được thể hiện trong hình dưới đây.
Các tụ điện phân cực có dòng rò lớn nếu điện áp cung cấp bị đảo ngược. Dòng rò trong các tụ điện phân cực làm méo tín hiệu, làm nóng tụ điện và cuối cùng phá hủy nó. Lý do chính để sử dụng các tụ điện phân cực là chi phí của chúng thấp hơn so với các tụ điện không phân cực có cùng điện áp và giá trị điện dung. Thông thường, các tụ điện phân cực có giá trị đơn vị là micro-farad, chẳng hạn như 1µF, 10µF, v.v.
Điện Trở Tương Đương (ESR)
Điện trở tương đương (ESR) của một tụ điện được định nghĩa là trở kháng AC của tụ điện khi nó được sử dụng ở tần số rất cao và cũng tính đến điện trở dielectrics. Cả điện trở DC của dielectrics và điện trở của bản tụ được đo ở một nhiệt độ và tần số nhất định.
ESR hoạt động như một điện trở nối tiếp với tụ điện. Giá trị ESR của một tụ điện phản ánh chất lượng của nó. Theo lý thuyết, một tụ điện hoàn hảo là không có tổn thất và có giá trị ESR bằng không. Tuy nhiên, điện trở này (ESR) thường gây ra các sự cố trong mạch tụ điện.
Ảnh Hưởng của Điện Trở Tương Đương
Điện trở tương đương (ESR) của tụ điện đầu ra trong mạch có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị. Hơn nữa, ESR có thể làm giảm điện áp cung cấp của tụ điện. ESR ngược lại với điện trở cách điện của tụ điện, được trình bày như một điện trở thuần ở chế độ song song với tụ điện trong một số loại tụ. Một tụ điện lý tưởng chỉ có điện dung và giá trị ESR rất thấp (dưới 0.1Ω).
Nếu độ dày của dielectrics tăng lên, thì giá trị ESR sẽ tăng theo. Nếu diện tích bề mặt của bản tụ tăng lên, giá trị ESR sẽ giảm xuống. Để tính toán ESR của tụ điện, chúng ta cần một thiết bị khác ngoài đồng hồ đo tụ điện tiêu chuẩn, chẳng hạn như đồng hồ đo ESR. Nếu đồng hồ đo tụ điện là một thiết bị cầm tay thì nó có thể không phát hiện được các sự cố của tụ điện làm tăng giá trị ESR.
Trong các tụ điện không điện phân hoặc tụ điện với điện phân rắn, điện trở kim loại của các đầu nối, điện cực và tổn thất trong dielectrics gây ra giá trị ESR. Thông thường, giá trị ESR cho tụ điện gốm nằm trong khoảng từ 0.01 đến 0.1 ohm. Các tụ điện điện phân nhôm và tantalum với điện phân không rắn có giá trị ESR rất cao, có thể lên đến vài ohm. Một vấn đề chính với các tụ điện điện phân nhôm là các linh kiện trong mạch sẽ bị hư hỏng nếu giá trị ESR của các tụ điện được sử dụng trong mạch đó tăng lên theo thời gian trong quá trình hoạt động.
Thông thường, giá trị ESR thấp hơn ở các tụ điện polymer so với các tụ điện điện phân (ướt) có cùng giá trị. Do đó, các tụ điện polymer có thể xử lý dòng gợn cao hơn. Một tụ điện có thể được sử dụng như một bộ lọc nếu có giá trị ESR rất thấp. Tụ điện có khả năng lưu trữ điện tích ngay cả khi dòng điện sạc không chảy qua nó. Các tụ điện được sử dụng trong tivi, đèn nháy và các ngân hàng tụ điện thường là loại tụ điện điện phân. Theo quy tắc ngón tay cái, các đầu nối của các tụ điện có giá trị lớn không bao giờ được chạm vào sau khi nguồn điện đã được tắt.
Các Loại Tụ Điện Và Ứng Dụng
Giới thiệu về Tụ Điện, Tụ Điện là gì
