Chương 2: TỤ ĐIỆN Linh kiện thụ động (có bài tập liên quan)

Tụ điện là một thành phần điện tử chứa và giữ điện năng trong mạch điện. Chúng có khả năng lưu trữ điện tích và phát hành nó khi cần thiết, từ việc làm bộ lọc trong nguồn cấp đến tạo điều kiện khởi đầu cho motor. Tụ điện đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng điện tử và điện năng, từ thiết bị điện tử nhỏ gọn đến hệ thống công nghiệp lớn.

Chöông 2

Là khả năng tích điện của tụ điện và được tính theo công thức :

C : điện dung có đơn vị là F (Farad), µF, nF, pF

1µF = 10-6F ; 1nF = 10-9F ; 1pF = 10-12F

e : hằng số điện môi tuỳ thuộc vào chất cách điện

( Không khí khô e = 1; giấy e = 3,6; Gốm (Ceramic) e =

5,5; Mica e = 4 - 5)

S : diện tích bản cực đơn vị là m2

d : bề dày lớp điện môi đơn vị là m

II ĐIỆN DUNG

III Đặc tính của tụ đối với dòng

điện một chiều

Khảo sát thí nghiệm :

Ø K1 đóng tụ nạp điện làm đèn loé sáng

Ø K2 đóng tụ phóng điện làm đèn loé sáng

Tụ nạp điện :

Dòng điện tức thời của tụ là :

0,37

0,99

0,14

0,05dòng điện nạp i0,02 c(t)0,01

điện áp tụ nạp v c (t)

V

0,2VDC

VDC0,8VDC0,6VDC0,4VDC

I = VDC

R

1 K

2

UDC

Tụ xả điện :

Khi K ở 2, tụ bắt đầu phóng điện Điện áp tức thời trên 2 đầu tụ:

t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s)

e = 2,71828

t = R.C (hằng số thời gian, đơn vị là giây -s)

Dòng điện tức thời của tụ là :

0,05dòng điện xả i0,02 c(t) 0,01

điện áp tụ xả v c (t)

t

V

0,2VDC

VDC0,8VDC

v Điện tích tụ nạp :

Q = CU Q: điện tích (coulomb)C: điện dung (Farad)

U: điện áp nạp trên tụ (volt)

v Năng lượng tụ nạp và xả :

W : điện năng (joule-J)C: điện dung (farad-F)U: điện áp trên tụ (volt-V)

v Điện áp làm việc :

Khi tăng điện áp nạp trên tụ quá mức thì điện môi sẽ bị đánh thủng (điện áp đánh thủng) Điện áp giới hạn của tụ gọi là điện áp làm việc và điện áp này phải nhỏ hơn điện áp đánh thủng vài lần.

E: điện trường (kV/cm)U: điện áp (kV)

d: bề dày điện môi (cm)Điện trường đánh thủng của một số điện môi thông dụng :

- Giấy tẩm dầu E = 100 ÷ 250kV/cm

IV Phân loại tụ điện

Tụ hoá có điện dung lớn từ 1 µF đến 10.000 µF là loại có phân cực tính

Điệän áp làm việc nhỏ hơn 500V

+ -

+ -

+ -

1 Tụ oxit hoá (tụ hoá)

Tụ gốm có điện dung lớn từ 1 pF đến 1 µF là loại

không có phân cực tính Điện áp làm việc đến vài

trăm Volt

2 Tụ gốm (Ceramic)

.01 50V 10025V

1: số thứ nhất 0: số thứ hai 2: số bội

J: sai số 102J

C = 0,01µF C = 100rF C = 22hF C = 1000rF ± 5%

22hF

™ Cách đọc trị số của tụ gốm

Qui ước về sai số của tụ là:

J = ± 5%

K = ± 10%

M = ± 20%

104 100,000 pF = 100 nF

33

33 pF

Tụ giấy không có cực tính, điện áp đánh thủng khoảng vài trăm Volt.

3 Tụ giấy

Tụ mica có điện dung lớn vài pF đến vài trăm nF là loại không có cực tính Điện áp làm việc nhỏ hơn 500V.

4 Tụ mica

Tụ màng mỏng có điện dung từ vài trăm pF đến vài chục µ F là loại không có cực tính Điện áp làm việc

cao đến hàng ngàn Volt

5 Tụ màng mỏng

Tụ tantali có điện dung từ 0,1 µ F đến 100 µ F là loại

có cực tính Điện áp làm việc thấp chỉ vài chục Volt

6 Tụ tantali (tantalum)

Tụ điện có các trị số điện dung theo tiêu chuẩn với các

số thứ nhất và thứ hai như sau:

10 12 15 18 22 17 33 39 47 56 68 75

-82

Thí dụ: tụ điện 10pF – 100pF – 1nF – 10nF …

22pF – 220pF - 2,2nF – 22nF …68pF – 680pF - 6,8nF – 68nF …

CÁC TRỊ SỐ ĐIỆN DUNG TIÊU BIỂU

V Đặc tính của tụ đối với dòng

điện xoay chiều

Cường độ dòng điện là:

Điện tích tụ nạp được là: Q = C.U

Đối với dòng điện xoay chiều:

u(t) = Um .sinwtDòng điện tức thời là:

Im = CUmwDòng điện cực đại là:

Sức cản của tụ điện đối với dòng AC

Góc pha giữa điện áp và dòng điện

Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện thuần dung

Giả sử nguồn AC vs có: us(t) = Um.sinwt = Um.sin2pft

Dòng điện nạp vào tụ ic(t) có dạng: ic(t) = Im.sin(wt + 900)Biên độ cực đại:

Biên độ hiệu dụng:

VI Các kiểu ghép tụ điện

1 Tụ điện ghép nối tiếp

Điện tích nạp được vào tụ tính theo công thức:

Gọi C là tụ điện tương đương của C1, C2 ghép nối tiếp thì:

mà:

Suy ra:

2 Tụ điện ghép song song

Điện tích nạp vào tụ C1 là:

Q1 = C1.UĐiện tích nạp vào tụ C2 là:

Q2 = C2.UGọi điện dung C là điện dung tương đương của hai tụ C1,

C2 và Q là điện tích nạp vào tụ C thì:

Q = C.UĐiện tích nạp vào C1 và C2 bằng điện tích nạp vào C nên:

Q = Q1 + Q2

CU = C1.U + C2.U = (C1 +C2).U

Þ C = C + C

VII Các ứng dụng của tụ điện

1.Tụ dẫn điện ở tần số cao

2 Tụ nạp xả điện trong mạch lọc

4 Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung vuông

3 Tụ điện trong mạch lọc nguồn