Tụ điện là gì ?

Tụ điện(tiếng anh là capacitor) là một linh kiện quan trọng trong số 5 linh kiện của thiết bị điện tử, tụ điện không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều, hiểu cấu tạo và hoạt động cũng như ứng dụng của tụ điện là điều rất cần thiết.
– Tụ điện là một linh kiện được cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song, có tính chất cách điện một chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.

– Tụ điện có cấu tạo cơ bản là hai bản cự kim loại đặt song song, tuỳ theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên goi tương ứng .VD : Lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, là gốm cho ta tụ gốm hoặc là lớp hoá chất thì cho ta tụ hoá .

– Có hai loại tụ chính là tụ giấy, tụ gốm và tụ hoá . Tụ giấy và tụ gốm là các tụ không phân cực và có trị số nhỏ < 470 NanoFara, còn tụ hoá thường có trị số lớn từ 0,47 Micro Fara đến hàng nghìn Micro Fara và tụ hoá có phân cực âm dương.

* 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

Sự phóng nạp của tụ điện .
Một tính chất quan trọng của tụ điện là tính chất phóng nạp của tụ , nhờ tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.

Tụ điện sẽ phóng điện từ dương cực sang âm cực (Nhiều pác hiểu nhầm là nó phóng điện xuống đất không phải là nó phóng điện qua tải sau đó về cực âm của tụ điện). Điện dung của tụ càng lớn thì thời gian tích điện càng lâu

Đơn vị của tụ điện 
– Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như
+ P(Pico Fara) 1 Pico = 1/1000.000.000.000 Fara
+ N(Nano Fara) 1 Nano = 1/1000.000.000 Fara
+ MicroFarra 1 Micro = 1/1000.000 Fara

=> 1 Micro = 1000 Nano = 1000.000 Pico.

* Trị số tụ điện được ghi 
+ 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 .

* Cách đọc trị số tụ giấy và tụ gốm 
+ Cách đọc như sau : hai số đầu giữ nguyên , số thứ 3 tương ứng với số con số 0 thêm vào sau và lấy đơn vị là Pico
VD: 103J sẽ là 10000 pico = 10 Nano hoặc 471K sẽ là 470 Pico

+ 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

* Trị số điện áp ghi trên tụ 
+ Sau trị số điện dung bao giờ cũng có giá trị điện áp, điện áp ghi trên tụ chính là điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được, vượt qua giá trị này thì lớp cách điện sẽ bị đánh thủng , trong thực tế ta phải lắp tụ có trị số điện áp cao gấp khoảng 1,5 lần điện áp của mạch điện. sau đây là một số mạch điện và giá trị điện áp của tụ lọc tương ứng .

Điện áp của mạch Điện áp của tụ
5V 10V
12V 16V
18V 25V
24V 35V
40V-70V 100V
110V 160V
180V 250V
300V 400V

+ Với điện áp một chiều thì tụ hoàn toàn cách điện vì áp một chiều có tần số F = 0 Hz mà Dung kháng của tụ lại phụ thuộc vào tần số theo công thức Zc = 1/ ( 2 x 3,14 x F x C ) khi tần số F = 0 Hz thì dung kháng Zc = vô cùng, do đó tụ không dẫn điện một chiều .

* Tụ điện có cho điện áp xoay chiều đi qua không, và đi qua như thế nào ? 
+ Tụ điện cho điện áp xoay chiều đi qua vì điện áp xoay chiều có tần số > 0 do đó dung kháng của tụ < vô cùng, khi đó tụ dẫn điện như một điện trở (nhưng tụ không tiêu thụ công xuất như điện trở ). tần số điện xoay chiều càng cao hoặc điện dung tụ càng lớn thì Zc (dung kháng) càng nhỏ và điện áp đi qua tụ càng dễ dàng.

* Tại sao điện áp xoay chiều lại đi qua được tụ ? 
+ Thực ra không có điện tử (e ) nào đi qua hai bản tụ cả, tụ dẫn điện xoay chiều là vì tính chất phóng nạp của tụ điện. khi điện áp bên ngoài lớn hơn điện áp giữa hai bản cực thì tụ nạp điện và ngược lai khi điện áp bên ngoài nhỏ hơn thì tụ phóng điện , điện áp xoay chiều liên tục đổi chiều do đó tụ cũng liên tục phóng nạp và trở thành dẫn điện .

Phân loại tụ điện và cách đọc tụ điện

Tụ điện theo đúng tên gọi chính là linh kiện có chức năng tích tụ năng lượng điện, nói một cách nôm na. Chúng thường được dùng kết hợp với các điện trở trong các mạch định thời bởi khả năng tích tụ năng lượng điện trong một khoảng thời gian nhất định. Đồng thời tụ điện cũng được sử dụng trong các nguồn điện với chức năng làm giảm độ gợn sóng của nguồn trong các nguồn xoay chiều, hay trong các mạch lọc bởi chức năng của tụ nói một cách đơn giản đó là tụ ngắn mạch (cho dòng điện đi qua) đối với dòng điện xoay chiều và hở mạch đối với dòng điện 1 chiều.

Trong một số các mạch điện đơn giản, để đơn giản hóa trong quá trình tính toán hay thay thế tương đương thì chúng ta thường thay thế một tụ điện bằng một dây dẫn khi có dòng xoay chiều đi qua hay tháo tụ ra khỏi mạch khi có dòng một chiều trong mạch. Điều này khá là cần thiết khi thực hiện tính toán hay xác định các sơ đồ mạch tương đương cho các mạch điện tử thông thường.

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều loại tụ điện khác nhau nhưng về cơ bản, chúng ta có thể chia tụ điện thành hai loại: Tụ có phân cực (có cực xác định) và tụ điện không phân cực (không xác định cực dương âm cụ thể).

Để đặc trưng cho khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện, người ta đưa ra khái niệm là điện dung của tụ điện. Điện dung càng cao thì khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện càng lớn và ngược lại. Giá trị điện dung được đo bằng đơn vị Farad (kí hiệu là F). Giá trị F là rất lớn nên thông thường trong các mạch điện tử, các giá trị tụ chỉ đo bằng các giá trị nhỏ hơn như micro fara (μF), nano Fara (nF) hay picro Fara (pF).

1F=10⁶μF=10⁹nF=10¹²pF

Tụ hoá

Tụ hóa là một loại tụ có phân cực. Chính vì thế khi sử dụng tụ hóa yêu cầu người sử dụng phải cắm đúng chân của tụ điện với điện áp cung cấp. Thông thường, các loại tụ hóa thường có kí hiệu chân cụ thể cho người sử dụng bằng các ký hiệu + hoặc = tương ứng với chân tụ.

Có hai dạng tụ hóa thông thường đó là tụ hóa có chân tại hai đầu trụ tròn của tụ (tụ có ghi 220μF trên hình a) và loại tụ hóa có 2 chân nối ra cùng 1 đầu trụ tròn (tụ có ghi giá trị 10μF trên hình a). Đồng thời trên các tụ hóa, người ta thường ghi kèm giá trị điện áp cực đại mà tụ có thể chịu được. Nếu trường hợp điện áp lớn hơn so với giá trị điện áp trên tụ thì tụ sẽ bị phồng hoặc nổ tụ tùy thuộc vào giá trị điện áp cung cấp. Thông thường, khi chọn các loại tụ hóa này người ta thường chọn các loại tụ có giá trị điện áp lớn hơn các giá trị điện áp đi qua tụ để đảm bảo tụ hoạt động tốt và đảm bảo tuổi thọ của tụ hóa.

Tụ Tantali

Tụ Tantali cũng là loại tụ hóa nhưng có điện áp thấp hơn so với tụ hóa. Chúng khá đắt nhưng nhỏ và chúng được dùng khi yêu cầu về tụ dung lớn nhưng kích thước nhỏ.

Các loại tụ Tantali hiện nay thường ghi rõ trên nó giá trị tụ, điện áp cũng như cực của tụ. Các loại tụ Tantali ngày xưa sử dụng mã màu để phân biệt. Chúng thường có 3 cột màu (biểu diễn giá trị tụ, một cột biểu diễn giá trị điện áp) và một chấm màu đặc trưng cho số các số không sau dấu phẩy tính theo giá trị μF. Chúng cũng dùng mã màu chuẩn cho việc định nghĩa các giá trị nhưng đối với các điểm màu thì điểm màu xám có nghĩa là giá trị tụ nhân với 0,01; trắng nhân 0,1 và đen là nhân 1. Cột màu định nghĩa giá trị điện áp thường nằm ở gần chân của tụ và có các giá trị như sau:

Tụ thường và kí hiệu

vàng=6,3V

Đen= 10V

Xanh lá cây= 16V

Xanh da trời= 20V

Xám= 25V

Trắng= 30V

Hồng= 35V

Tụ không phân cực

Các loại tụ nhỏ thường không phân cực. Các loại tụ này thường chịu được các điện áp cao mà thông thường là khoảng 50V hay 250V. Các loại tụ không phân cực này có rất nhiều loại và có rất nhiều các hệ thống chuẩn đọc giá trị khác nhau.

Rất nhiều các loại tụ có giá trị nhỏ được ghi thẳng ra ngoài mà không cần có hệ số nhân nào, nhưng cũng có các loại tụ có thêm các giá trị cho hệ số nhân. Ví dụ có các tụ ghi 0.1 có nghĩa giá trị của nó là 0,1μF=100nF hay có các tụ ghi là 4n7 thì có nghĩa giá trị của tụ đó chính là 4,7nF

Các loại tụ có dùng mã

Mã số thường được dùng cho các loại tụ có giá trị nhỏ trong đó các giá trị được định nghĩa lần lượt như sau:

– Giá trị thứ 1 là số hàng chục

– Giá trị thứ 2 là số hàng đơn vị

– Giá trị thứ 3 là số số không nối tiếp theo giá trị của số đã tạo từ giá trị 1 và 2.Giá trị của tụ được đọc theo chuẩn là giá trị picro Fara (pF)

– Chữ số đi kèm sau cùng đó là chỉ giá trị sai số của tụ.

Ví dụ: tụ ghi giá trị 102 thì có nghĩa là 10 và thêm 2 số 0 đằng sau =1000pF = 1nF chứ không phải 102pF

Hoặc ví dụ tụ 272J thì có nghĩa là 2700pF=2,7nF và sai số là 5%

Tụ có dùng mã màu

Sử dụng chủ yếu trên các tụ loại polyester trong rất nhiều năm. Hiện nay các loại tụ này đã không còn bán trên thị trường nữa nhưng chúng vẫn tồn tại trong khá nhiều các mạch điện tử cũ. Màu được định nghĩa cũng tương tự như đối với màu trên điện trở. 3 màu trên cùng lần lượt chỉ giá trị tụ tính theo pF, màu thứ 4 là chỉ dung sai và màu thứ 5 chỉ ra giá trị điện áp.

Ví dụ tụ có màu nâu/đen/cam có nghĩa là 10000pF= 10nF= 0.01uF.

Chú ý rằng ko có khoảng trống nào giữa các màu nên thực tế khi có 2 màu cạnh nhau giống nhau thì nó tạo ra một mảng màu rộng. Ví dụ Dải đỏ rộng/vàng= 220nF=0.22uF

Tụ Polyester

Ngày nay, loại tụ này cũng hiếm khi được sử dụng. Giá trị của các loại tụ này thường được in ngay trên tụ theo giá trị pF. Tụ này có một nhược điểm là dễ bị hỏng do nhiệt hàn nóng. Chính vì thế khi hàn các loại tụ này người ta thường có các kỹ thuật riêng để thực hiện hàn, tránh làm hỏng tụ.

Tụ điện biến đổi

Tụ điện biến đổi thường được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio và chúng thường được gọi là tụ xoay. Chúng thường có các giá trị rất nhỏ, thông thường nằm trong khoảng từ 100pF đến 500pF.

Rất nhiều các tụ xoay có vòng xoay ngắn nên chúng không phù hợp cho các dải biến đổi rộng như là điện trở hoặc các chuyển mạch xoay. Chính vì thế trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là trong các mạch định thời hay các mạch điều chỉnh thời gian thì người ta thường thay các tụ xoay bằng các điện trở xoay và kết hợp với 1 giá trị tụ điện xác định.

Tụ chặn

Tụ chặn là các tụ xoay có giá trị rất nhỏ. Chúng thường được gắn trực tiếp lên bản mạch điẹn tử và điều chỉnh sau khi mạch đã được chế tạo xong. Tương tự các biến trở hiện này thì khi điều chỉnh các tụ chặn này người ta cũng dùng các tuốc nơ vít loại nhỏ để điều chỉnh. Tuy nhiên do giá trị các tụ này khá nhỏ nên khi điều chỉnh, người ta thường phải rất cẩn thận và kiên trì vì trong quá trình điều chỉnh có sự ảnh hưởng của tay và tuốc nơ vít tới giá trị tụ.

Các tụ chặn này thường có giá trị rất nhỏ, thông thường nhỏ hơn khoảng 100pF. Có điều đặc biệt là không thể giảm nhỏ được các giá trị tụ chặn về 0 nên chúng thường được chỉ định với các giá trị tụ điện tối thiểu, khoảng từ 2 tới 10 pF.

* Ứng dụng của tụ điện
+ Tụ điện có các ứng dụng chính như sau :
– Cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều.
– Loc điện áp xoay chiều sau khi đã được chỉnh lưu ( loại bỏ pha âm ) thành điện áp một chiều bằng phẳng . đó là nguyên lý của các tụ lọc nguồn .
– Với điện AC ( xoay chiều ) thì tụ dẫn điện còn với điện DC( một chiều ) thì tụ lại trở thành tụ lọc .

* Tụ giấy, gốm và tụ hoá có ứng dụng giống nhau không ? 
+ Cùng là tụ thì đều có tính chất dẫn điện xoay chiều và lọc phẳng điện áp một chiều, tuy nhiên tụ giấy và tụ gốm (trị số nhỏ) thường lắp trong các mạch cao tần còn tụ hoá (trị số lớn) thường lắp trong các mạch âm tần hoăc lọc nguồn điện có tần số thấp .
dành cho anh em nào mới vào nghề thì hãy tham khảo qua nha .