Tụ điện là một trong những thành phần của mạch điện của bất kỳ thiết bị điện tử nào, chức năng chính của nó là tích trữ năng lượng và sau đó đưa nó trở lại mạch điện. Ngành công nghiệp cung cấp nhiều loại tụ điện, khác nhau về chủng loại, công suất, kích thước và ứng dụng.
Nguyên lý hoạt động và đặc điểm của tụ điện
Thiết bị của tụ điện gồm hai bản kim loại được ngăn cách bởi một lớp điện môi mỏng. Tỷ lệ giữa kích thước và sự sắp xếp của các tấm và đặc tính của vật liệu điện môi quyết định chỉ số điện dung.
Việc phát triển thiết kế của bất kỳ loại tụ điện nào đều nhằm mục đích thu được điện dung tối đa dựa trên kích thước tối thiểu để tiết kiệm không gian trên bảng mạch in của thiết bị. Một trong những dạng phổ biến nhất về ngoại hình là dạng thùng, bên trong có các tấm kim loại được xoắn với một chất điện môi giữa chúng.Tụ điện đầu tiên, được phát minh tại thành phố Leiden (Hà Lan) vào năm 1745, được gọi là "Leiden jar".
Nguyên lý hoạt động của linh kiện là khả năng tích điện và phóng điện. Có thể sạc do sự hiện diện của các tấm ở khoảng cách nhỏ với nhau. Các điện tích lân cận, được ngăn cách bởi một chất điện môi, bị hút vào nhau và nằm lại trên các bản tụ điện, và bản thân tụ điện do đó tích trữ năng lượng. Sau khi ngắt kết nối nguồn điện, linh kiện đã sẵn sàng cho việc trả lại năng lượng trong mạch, phóng điện.
Các thông số và đặc tính quyết định hiệu suất, chất lượng và độ bền của công việc:
- công suất điện;
- năng lực cụ thể;
- sai lệch cho phép;
- độ bền điện;
- điện cảm riêng;
- sự hấp thụ điện môi;
- lỗ vốn;
- sự ổn định;
- độ tin cậy.
Khả năng tích trữ điện tích quyết định điện dung của tụ điện. Khi tính toán công suất, bạn cần biết:
- khu bao che;
- khoảng cách giữa các tấm;
- hằng số điện môi của vật liệu điện môi.
Để tăng điện dung, cần tăng diện tích các bản, giảm khoảng cách giữa chúng và dùng chất điện môi có hằng số điện môi lớn.
Farad (F) được sử dụng để biểu thị điện dung - một đơn vị đo lường được đặt tên để vinh danh nhà vật lý người Anh Michael Faraday. Tuy nhiên, 1 Farad là quá lớn. Ví dụ, sức chứa của hành tinh của chúng ta nhỏ hơn 1 farad. Trong điện tử vô tuyến, các giá trị nhỏ hơn được sử dụng: microfarad (µF, một phần triệu farad) và picofarad (pF, một phần triệu microfarad).
Điện dung riêng được tính bằng tỉ số giữa điện dung và khối lượng (thể tích) của chất điện môi.Chỉ số này bị ảnh hưởng bởi kích thước hình học và sự gia tăng điện dung cụ thể đạt được bằng cách giảm thể tích của chất điện môi, nhưng điều này làm tăng nguy cơ đánh thủng.
Độ lệch cho phép của giá trị hộ chiếu của năng lực so với giá trị thực sẽ xác định loại chính xác. Theo GOST, có 5 lớp chính xác xác định việc sử dụng trong tương lai. Các thành phần có độ chính xác cao nhất được sử dụng trong các mạch có trách nhiệm cao.
Độ bền điện môi xác định khả năng giữ điện tích và duy trì các đặc tính làm việc. Các điện tích còn lại trên các bản có xu hướng lẫn nhau, tác dụng lên chất điện môi. Độ bền điện là một tính chất quan trọng của tụ điện, nó quyết định thời gian sử dụng của nó. Trong trường hợp vận hành không đúng cách, điện môi sẽ bị đánh thủng và linh kiện sẽ bị hỏng.
Tính tự cảm trong đoạn mạch xoay chiều có cuộn cảm. Đối với mạch DC, nó không được tính đến.
Hấp thụ điện môi - sự xuất hiện của điện áp trên các tấm trong quá trình phóng điện nhanh. Hiện tượng hấp thụ được tính đến đối với hoạt động an toàn của các thiết bị điện cao áp, vì trong trường hợp đoản mạch, nguy hiểm đến tính mạng.
Tổn thất là do sự truyền tải dòng điện thấp của chất điện môi. Khi vận hành các bộ phận của thiết bị điện tử trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau và độ ẩm khác nhau, hệ số chất lượng của tổn thất có ảnh hưởng. Nó cũng bị ảnh hưởng bởi tần số hoạt động. Ở tần số thấp, tổn hao trong chất điện môi ảnh hưởng, ở tần số cao - trong kim loại.
Độ ổn định là một thông số của tụ điện cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ môi trường xung quanh.Ảnh hưởng của nó được chia thành thuận nghịch, được đặc trưng bởi hệ số nhiệt độ và không thể đảo ngược, được đặc trưng bởi hệ số không ổn định nhiệt độ.
Độ tin cậy của tụ điện chủ yếu phụ thuộc vào các điều kiện hoạt động. Phân tích các sự cố cho thấy rằng trong 80% các trường hợp, sự cố là nguyên nhân gây ra hỏng hóc.
Tùy thuộc vào mục đích, loại và lĩnh vực ứng dụng mà kích thước của các tụ điện cũng khác nhau. Loại nhỏ nhất và nhỏ nhất, có kích thước từ vài mm đến vài cm, được sử dụng trong điện tử, còn loại lớn nhất được sử dụng trong công nghiệp.
Mục đích
Đặc tính lưu trữ và giải phóng năng lượng đã xác định việc sử dụng rộng rãi tụ điện trong các thiết bị điện tử hiện đại. Cùng với điện trở và bóng bán dẫn, chúng là cơ sở của kỹ thuật điện. Không có một thiết bị hiện đại nào mà chúng không được sử dụng ở một mức độ nào đó.
Khả năng tích điện và phóng điện của chúng, cùng với độ tự cảm có cùng tính chất, được sử dụng tích cực trong công nghệ phát thanh và truyền hình. Mạch dao động gồm tụ điện và cuộn cảm là cơ sở để truyền và nhận tín hiệu. Thay đổi điện dung của tụ điện cho phép bạn thay đổi tần số của mạch dao động. Ví dụ, các đài phát thanh có thể truyền trên các tần số riêng của chúng, và bộ đàm có thể kết nối với các tần số đó.
Một chức năng quan trọng là làm mịn các gợn sóng AC. Bất kỳ thiết bị điện tử nào được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều đều cần lọc các tụ điện để tạo ra nguồn điện một chiều chất lượng tốt.
Cơ chế sạc và phóng điện được sử dụng tích cực trong thiết bị nhiếp ảnh.Tất cả các máy ảnh hiện đại đều sử dụng đèn flash để chụp, điều này được thực hiện do đặc tính phóng điện nhanh. Trong lĩnh vực này, việc sử dụng pin có thể tích trữ năng lượng tốt nhưng giải phóng từ từ là không có lợi. Và các tụ điện, ngược lại, ngay lập tức giải phóng tất cả năng lượng tích trữ, đủ cho một đèn flash sáng.
Khả năng tạo ra xung công suất cao bằng tụ điện được sử dụng trong radar và tạo ra tia laze.
Tụ điện thực hiện vai trò tiếp điểm dập tắt tia lửa điện trong điện báo và điện thoại, cũng như điện từ và tự động hóa, trong đó việc chuyển đổi các rơle chịu tải cao là cần thiết.
Việc điều chỉnh điện áp của các đường dây điện dài được thực hiện thông qua việc sử dụng các bình bù.
Tụ điện hiện đại, do khả năng của chúng, không chỉ được sử dụng trong lĩnh vực điện tử vô tuyến. Chúng được sử dụng trong gia công kim loại, khai thác mỏ, công nghiệp than.
Các giống chính
Do sự đa dạng của các ứng dụng và điều kiện hoạt động của các thiết bị điện tử, có nhiều loại linh kiện khác nhau về chủng loại và đặc tính. Sự phân chia chính là theo lớp và theo loại chất điện môi được sử dụng.
Các loại tụ điện, được chia theo lớp:
- với công suất không đổi;
- với công suất thay đổi;
- điều chỉnh.
Các thành phần điện dung không đổi được sử dụng trong mọi thiết bị điện tử.
Để thay đổi điện dung và các thông số của mạch, chẳng hạn tần số trong mạch dao động, người ta dùng tụ điện có điện dung thay đổi được.Trong thiết bị của họ, họ có một số phần của tấm kim loại có thể di chuyển được, đảm bảo độ bền cho công việc của họ.
Tụ tông đơ được sử dụng để điều chỉnh thiết bị một lần. Chúng có sẵn trong các xếp hạng điện dung khác nhau (từ một vài picofarads đến vài trăm picofarads) và được đánh giá cho điện áp lên đến 60 volt. Nếu không sử dụng chúng, không thể tinh chỉnh thiết bị.
Các loại tụ điện, được chia theo loại chất điện môi:
- với chất điện môi gốm;
- với điện môi phim;
- điện phân;
- những người theo chủ nghĩa xã hội.
Gốm sứ được làm dưới dạng một đĩa nhỏ bằng vật liệu gốm, trên đó các dây dẫn kim loại được phun. Các tụ điện như vậy có các đặc tính khác nhau và được sử dụng cho cả mạch điện áp cao và điện áp thấp.
Đối với các mạch điện áp thấp, các thành phần có kích thước nhỏ nhiều lớp trong nhựa epoxy hoặc vỏ nhựa có công suất từ hàng chục picofarads đến đơn vị microfarads thường được sử dụng nhiều nhất. Chúng được sử dụng trong các mạch tần số cao của thiết bị vô tuyến điện tử và có thể hoạt động trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Đối với mạch điện cao áp, người ta chế tạo các tụ gốm lớn hơn với dung lượng từ hàng chục picofarad đến hàng nghìn picofarad. Chúng được sử dụng trong các mạch xung và thiết bị chuyển đổi điện áp.
Điện môi phim có nhiều loại khác nhau. Phổ biến nhất trong số họ là lavsan, có độ bền cao. Ít phổ biến hơn là chất điện môi polypropylene, có tổn hao thấp hơn và được sử dụng trong các mạch điện áp cao, chẳng hạn như mạch khuếch đại âm thanh và mạch tần số trung bình.
Một loại tụ điện phim riêng biệt đang khởi động, được sử dụng tại thời điểm khởi động động cơ và do điện dung cao và vật liệu điện môi đặc biệt, làm giảm tải cho động cơ điện. Chúng được đặc trưng bởi điện áp hoạt động cao và công suất phản kháng điện.
Tụ điện được làm theo kiểu dáng cổ điển. Thân máy làm bằng nhôm, bên trong là các tấm kim loại cán mỏng. Oxit kim loại được lắng đọng về mặt hóa học trên một tấm, và chất điện phân lỏng hoặc rắn được lắng đọng trên tấm thứ hai, tạo thành chất điện môi. Nhờ có một thiết bị như vậy, tụ điện có công suất lớn, nhưng đặc thù của việc sử dụng chúng theo thời gian là sự thay đổi của nó.
Không giống như tụ gốm và tụ điện phim, tụ điện có cực tính. Lần lượt, chúng được chia thành không phân cực, không có nhược điểm này, xuyên tâm, thu nhỏ, trục. Phạm vi ứng dụng của chúng là máy tính truyền thống và công nghệ máy tính vi mô hiện đại.
Một loại đặc biệt đã xuất hiện tương đối gần đây là ionistors. Về thiết kế, chúng tương tự như tụ điện nhưng được phân biệt bằng dung lượng lớn (lên đến đơn vị Farad). Tuy nhiên, việc sử dụng chúng bị giới hạn ở mức điện áp tối đa nhỏ là vài vôn. Siêu tụ điện được sử dụng để lưu trữ bộ nhớ: nếu pin trong điện thoại di động hoặc máy tính thu nhỏ hết, thông tin được lưu trữ sẽ không bị mất một cách khó phục hồi.
Ngoài các thành phần trong phiên bản đầu ra, đã xuất hiện cách đây rất lâu và được sử dụng theo cách truyền thống, các thành phần hiện đại được sản xuất trong phiên bản SMD, hay còn được gọi là để lắp trên bề mặt. Ví dụ, gốm có thể được sản xuất với nhiều kích cỡ khác nhau trong các trường hợp, từ nhỏ nhất (1 mm x 0,5 mm) đến lớn nhất (5,7 mm x 5 mm), và với điện áp tương ứng từ hàng chục vôn đến hàng trăm.
Tụ điện cũng có thể được sản xuất trong các gói lắp trên bề mặt. Đây có thể là tụ điện nhôm tiêu chuẩn, hoặc chúng có thể là tụ tantali, trông giống như gốm sứ, nhưng khác với chúng ở điện dung cao hơn và tổn hao thấp. Chúng có thể là cả SMD được ghim và không được ghim.
Một đặc điểm của tụ điện tantali là tuổi thọ cao và tổn thất tối thiểu với giới hạn điện dung thấp hơn một chút, nhưng đồng thời chúng được phân biệt bằng giá cao. Chúng được sử dụng trong các mạch trách nhiệm cao, nơi yêu cầu điện dung cao.
Các bài tương tự:
