Các loại tụ điện

Có rất nhiều loại tụ điện khác nhau có sẵn trên thị trường và mỗi loại có một số đặc điểm và ứng dụng riêng

Các loại tụ điện có sẵn bao gồm từ tụ điện cắt nhỏ rất tinh vi sử dụng trong mạch dao động hoặc vô tuyến, đến tụ điện loại có thể kim loại công suất lớn được sử dụng trong các mạch điều chỉnh và làm mịn điện áp cao.

So sánh giữa các loại tụ điện khác nhau thường được thực hiện liên quan đến chất điện môi được sử dụng giữa các bản cực. Giống như điện trở, cũng có nhiều loại tụ điện khác nhau cho phép chúng ta thay đổi giá trị điện dung của chúng để sử dụng trong các mạch loại vô tuyến hoặc “điều chỉnh tần số”.

Các loại tụ điện thương mại được làm từ lá kim loại xen kẽ với các tấm mỏng bằng giấy tẩm parafin hoặc Mylar làm vật liệu điện môi. Một số tụ điện trông giống như các ống, điều này là do các tấm lá kim loại được cuộn lại thành hình trụ để tạo thành một gói nhỏ với vật liệu điện môi cách điện được kẹp giữa chúng.

Các tụ điện nhỏ thường được làm từ vật liệu gốm và sau đó nhúng vào một loại nhựa epoxy để bịt kín chúng. Dù bằng cách nào, tụ điện đóng một phần quan trọng trong các mạch điện tử vì vậy đây là một số loại tụ điện “phổ biến” hơn có sẵn.

Tụ điện

Tụ điện điện môi thường là loại có thể thay đổi được vì cần có sự biến đổi liên tục của điện dung để điều chỉnh máy phát, máy thu và đài bán dẫn. Tụ điện biến thiên là loại có nhiều tấm đặt trong không khí có một tập hợp các tấm cố định (cánh gạt stato) và một tập hợp các tấm di động (cánh quạt rôto) di chuyển giữa các tấm cố định.

Vị trí của các tấm chuyển động so với các tấm cố định xác định giá trị điện dung tổng thể. Điện dung nói chung là cực đại khi hai bộ bản cực được ghép hoàn toàn với nhau. Các tụ điện điều chỉnh loại điện áp cao có khoảng cách tương đối lớn hoặc khoảng trống không khí giữa các bản có điện áp đánh thủng lên tới hàng nghìn vôn.

Ký hiệu tụ điện biến đổi

Cũng như các loại tụ điện biến thiên liên tục, tụ điện biến đổi loại đặt trước cũng có sẵn được gọi là Trimmers . Nói chung, đây là những thiết bị nhỏ có thể được điều chỉnh hoặc “đặt trước” đến một giá trị điện dung cụ thể với sự hỗ trợ của một tuốc nơ vít nhỏ và có điện dung rất nhỏ từ 500pF trở xuống và không phân cực.

Loại tụ điện

Tụ điện phim là loại tụ điện phổ biến nhất trong số các loại tụ điện, bao gồm một họ tụ điện tương đối lớn với sự khác biệt là về đặc tính điện môi của chúng. Chúng bao gồm polyester (Mylar), polystyrene, polypropylene, polycarbonate, giấy metalised, Teflon, v.v. Tụ điện dạng phim có sẵn ở các dải điện dung từ nhỏ đến 5pF đến lớn đến 100uF tùy thuộc vào loại tụ điện thực tế và xếp hạng điện áp của nó. Tụ điện phim cũng có nhiều loại hình dạng và kiểu vỏ bao gồm:

• Wrap & Fill (Oval & Round)   – nơi tụ điện được quấn trong một băng nhựa chặt và có các đầu được đổ đầy epoxy để niêm phong chúng.
• Vỏ Epoxy (Hình chữ nhật & Tròn)   – nơi tụ điện được bọc trong một lớp vỏ nhựa đúc, sau đó được đổ đầy epoxy.
• Bịt kín bằng kim loại (Hình chữ nhật & Tròn)   – nơi tụ điện được bọc trong một ống hoặc lon kim loại và được bịt kín lại bằng epoxy.

với tất cả các kiểu ốp lưng ở trên có sẵn trong cả Dây dẫn hướng trục và Hướng tâm.

Tụ phim sử dụng polystyrene, polycarbonate hoặc Teflon làm chất điện môi của chúng đôi khi được gọi là “Tụ nhựa”. Cấu tạo của tụ màng nhựa cũng tương tự như đối với tụ màng giấy nhưng sử dụng màng nhựa thay cho giấy. Ưu điểm chính của tụ điện màng nhựa so với các loại tụ giấy tẩm là hoạt động tốt trong điều kiện nhiệt độ cao, dung sai nhỏ hơn, tuổi thọ rất cao và độ tin cậy cao. Ví dụ về tụ điện phim là các loại phim tráng kim loại hình chữ nhật và phim hình trụ & các loại lá như hình dưới đây.

Loại đạo trình hướng tâm

Loại dẫn hướng trục

Các loại tụ điện dạng màng và lá được làm từ các dải lá kim loại mỏng dài với vật liệu điện môi kẹp lại với nhau được quấn thành cuộn chặt và sau đó được niêm phong trong các ống giấy hoặc kim loại.

Các loại phim này yêu cầu một màng điện môi dày hơn nhiều để giảm nguy cơ rách hoặc thủng trên phim, và do đó phù hợp hơn với các giá trị điện dung thấp hơn và kích thước vỏ lớn hơn.

Tụ điện lá kim loại có màng dẫn điện được phủ kim loại phun trực tiếp lên mỗi mặt của chất điện môi, tạo ra đặc tính tự phục hồi của tụ điện và do đó có thể sử dụng màng điện môi mỏng hơn nhiều. Điều này cho phép các giá trị điện dung cao hơn và kích thước vỏ nhỏ hơn cho một điện dung nhất định. Các tụ điện dạng màng và lá thường được sử dụng cho các ứng dụng công suất cao hơn và chính xác hơn.

Tụ gốm

Tụ gốm hay Tụ đĩa như chúng được gọi chung, được chế tạo bằng cách phủ bạc lên hai mặt của một đĩa sứ hoặc đĩa gốm nhỏ và sau đó được xếp chồng lên nhau để tạo thành tụ điện. Đối với các giá trị điện dung rất thấp, một đĩa gốm đơn khoảng 3-6mm được sử dụng. Tụ gốm có hằng số điện môi cao (High-K) và có sẵn để có thể thu được điện dung tương đối cao trong một kích thước vật lý nhỏ.

Chúng thể hiện những thay đổi phi tuyến tính lớn trong điện dung so với nhiệt độ và kết quả là chúng được sử dụng làm tụ điện khử ghép nối hoặc chuyển mạch vì chúng cũng là thiết bị không phân cực. Tụ gốm có các giá trị từ một vài picofarads đến một hoặc hai microfarads, ( μF ) nhưng xếp hạng điện áp của chúng thường khá thấp.

Các loại tụ điện gốm thường có mã 3 chữ số được in trên thân của chúng để xác định giá trị điện dung của chúng trong pico-farads. Nói chung, hai chữ số đầu tiên cho biết giá trị của tụ điện và chữ số thứ ba cho biết số 0 được thêm vào. Ví dụ, một tụ điện đĩa gốm có đánh dấu 103 sẽ chỉ ra 10 và 3 số 0 trong pico-farads, tương đương với 10.000 pF hoặc 10nF .

Tương tự như vậy, các chữ số 104 sẽ biểu thị 10 và 4 số 0 trong pico-farads, tương đương với 100.000 pF hoặc 100nF , v.v. Vì vậy, trên hình ảnh của tụ gốm phía trên các số 154 chỉ ra 15 và 4 số 0 trong pico-farads, tương đương với 150.000 pF hoặc 150nF hoặc 0,15μF . Mã chữ cái đôi khi được sử dụng để chỉ ra giá trị dung sai của chúng như: J = 5% , K = 10% hoặc M = 20%, v.v.

Tụ điện

Tụ điện thường được sử dụng khi yêu cầu giá trị điện dung rất lớn. Ở đây thay vì sử dụng một lớp màng kim loại rất mỏng cho một trong các điện cực, một dung dịch điện phân bán lỏng ở dạng thạch hoặc hồ dán được sử dụng như một điện cực thứ hai (thường là cực âm).

Chất điện môi là một lớp oxit rất mỏng được nuôi cấy điện hóa trong quá trình sản xuất với độ dày của màng nhỏ hơn 10 micron. Lớp cách điện này mỏng đến mức có thể chế tạo tụ điện có điện dung trị số lớn với kích thước vật lý nhỏ như khoảng cách giữa các bản, d rất nhỏ.

Đa số các loại tụ điện phân cực là phân cực , tức là điện áp một chiều đặt vào các đầu tụ điện phải đúng cực tính, tức là cực dương với cực dương và âm với cực âm vì nếu phân cực không đúng sẽ phá vỡ lớp oxit cách điện. và có thể dẫn đến thiệt hại vĩnh viễn.

Tất cả các tụ điện phân cực đều có phân cực của chúng được đánh dấu rõ ràng bằng dấu âm để chỉ ra cực âm và cực này phải được tuân theo.

Tụ điện thường được sử dụng trong các mạch cung cấp điện một chiều do điện dung lớn và kích thước nhỏ của chúng để giúp giảm điện áp gợn sóng hoặc cho các ứng dụng ghép và tách. Một nhược điểm chính của tụ điện là định mức điện áp tương đối thấp và do sự phân cực của tụ điện, do đó chúng không được sử dụng trên nguồn AC. Điện phân thường có hai dạng cơ bản; Tụ điện nhôm và Tụ điện Tantali .

Tụ điện

1. Tụ điện nhôm

Về cơ bản có hai loại Tụ điện nhôm , loại lá trơn và loại lá khắc. Độ dày của màng oxit nhôm và điện áp đánh thủng cao tạo cho các tụ điện này giá trị điện dung rất cao so với kích thước của chúng.

Các tấm lá của tụ điện được anốt hóa bằng dòng điện một chiều. Quá trình anodizing này thiết lập cực của vật liệu tấm và xác định mặt nào của tấm là dương và mặt nào là âm.

Loại lá khắc được khắc khác với loại lá thường ở chỗ oxit nhôm trên lá cực dương và cực âm đã được ăn mòn hóa học để tăng diện tích bề mặt và tính cho phép của nó. Điều này tạo ra một tụ điện có kích thước nhỏ hơn loại lá trơn có giá trị tương đương nhưng có nhược điểm là không chịu được dòng điện một chiều cao so với loại thường. Ngoài ra, phạm vi chịu đựng của chúng khá lớn lên đến 20%. Các giá trị điển hình của điện dung đối với tụ điện nhôm nằm trong khoảng từ 1uF đến 47.000uF.

Các tấm điện phân dạng lá khắc được sử dụng tốt nhất trong các khớp nối, chặn DC và mạch by-pass trong khi các loại giấy bạc trơn phù hợp hơn khi làm trơn tụ điện trong bộ nguồn. Nhưng nhôm điện phân là thiết bị “phân cực” vì vậy việc đảo ngược điện áp đặt trên các dây dẫn sẽ làm cho lớp cách điện bên trong tụ điện bị phá hủy cùng với tụ điện. Tuy nhiên, chất điện phân được sử dụng trong tụ điện giúp chữa lành một tấm bị hư hỏng nếu thiệt hại nhỏ.

Vì chất điện phân có đặc tính tự chữa lành tấm bị hư hỏng nên nó cũng có khả năng làm anốt lại tấm lá. Vì quá trình anốt hóa có thể được đảo ngược, chất điện phân có khả năng loại bỏ lớp phủ oxit khỏi lá như sẽ xảy ra nếu tụ điện được kết nối với cực tính ngược. Vì chất điện phân có khả năng dẫn điện, nếu lớp oxit nhôm bị loại bỏ hoặc phá hủy, tụ điện sẽ cho phép dòng điện đi từ bản này sang tấm kia phá hủy tụ điện, “vì vậy hãy lưu ý”.

2. Tụ điện Tantali

Tụ điện Tantali và Hạt Tantali , có sẵn ở cả hai loại điện phân ướt (giấy bạc) và khô (rắn) với tantali khô hoặc rắn là phổ biến nhất. Tụ tantali rắn sử dụng mangan đioxit làm thiết bị đầu cuối thứ hai và nhỏ hơn về mặt vật lý so với các tụ nhôm tương đương.

Các tính chất điện môi của oxit tantali cũng tốt hơn nhiều so với oxit nhôm cho dòng rò rỉ thấp hơn và độ ổn định điện dung tốt hơn, điều này làm cho chúng thích hợp để sử dụng trong các ứng dụng chặn, đi qua, tách, lọc và định thời.

Ngoài ra, Tụ Tantali mặc dù phân cực, có thể chịu được kết nối với điện áp ngược dễ dàng hơn nhiều so với các loại nhôm nhưng được đánh giá ở điện áp làm việc thấp hơn nhiều. Tụ rắn tantali thường được sử dụng trong các mạch mà điện áp xoay chiều nhỏ so với điện áp một chiều.

Tuy nhiên, một số loại tụ điện tantali chứa hai tụ điện trong một, được kết nối từ âm sang âm để tạo thành tụ điện “không phân cực” để sử dụng trong các mạch điện xoay chiều điện áp thấp như một thiết bị không phân cực. Nói chung, dây dẫn dương được xác định trên thân tụ điện bằng một dấu cực, với thân của tụ điện có hạt tantali là hình dạng hình học hình bầu dục. Giá trị điển hình của điện dung nằm trong khoảng từ 47nF đến 470uF.

Tụ điện nhôm & Tantali

Electrolytic’s là tụ điện được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ và kích thước nhỏ nhưng có ba cách dễ dàng để phá hủy một tụ điện điện phân:

• Quá áp  – điện áp quá cao sẽ làm cho dòng điện bị rò rỉ qua chất điện môi dẫn đến tình trạng ngắn mạch.
• Phân cực  ngược – điện áp ngược sẽ gây ra hiện tượng tự phá hủy lớp oxit và hỏng hóc.
• Nhiệt độ  quá cao – nhiệt độ quá cao làm khô chất điện phân và làm giảm tuổi thọ của tụ điện điện phân.

Trong hướng dẫn tiếp theo về Tụ điện , chúng ta sẽ xem xét một số đặc điểm chính để chỉ ra rằng Tụ điện có nhiều thứ hơn là chỉ điện áp và điện dung.