Caùc tuï ñieän thoâng duïng nhaát laø tuï ñieän moâi khoâng khí, mica, giaáy, maøng chaát deûo vaø goám, vaø keå theâm tuï ñieän hoaù hoïc (goïi taét laø tuï hoaù).. Chuù yù laø cöïc t[r]
(1)Bài 2: TỤ ĐIỆN. I Tụ điện cố định:
1 Cấu tạo tụ điện:
Về tụ điện gồm hai cực kim loại đối diện phân cách chất cách điện mà cịn gọi chất điện mơi (dielectric) Chất điện mơi khơng khí, chất khí, giấy (tẩm), màng hữu cơ, mica, thủy tinh gốm, loại có số điện mơi khác nhau, khoảng nhiệt độ độ dày khác
2. Khái niệm chung:
• Trị số điện dung C: khả chứa điện tụ điện gọi điện dung (C)
- Theo quan điểm vật liệu: Điện dung C (Capacitor hay Condenser) tụ điện tùy thuộc vào cấu tạo tính cơng thức:
S C
d
ε =
Với: C: điện dung {F}
S: diện tích cực {m2}.
D: khoảng cách hai cực {m}
ε: số điện môi ε ε ε= r 0(εr số điện môi
tương đối; ε0 số điện mơi khơng khí,
12 8.85 10
ε = − (F/m).
- Theo quan điểm lý thuyết mạch: tỷ số điện tích Q điện áp đặt vào vật dẫn (hay cực) U
Q C
U
= hay Q = C.U
Với: Q: điện tích có đơn vị C (colomb)
C: điện dung có đơn vị F (Fara), µF, nF, pF U: sụt áp hai cực có đơn vị V (volt)
- Theo quan điểm lượng: tụ kho chứa điện lượng điện chứ`a tụ xác định:
2
1
W= C V
Năng lượng tĩnh điện J tính theo Ws (Wast giây) J (Joule) cho
Điện cực Điện
(2)Sau giá trị số điện môi số chất cách điện thông dụng để làm tụ điện:
Vật liệu Hằng số điện môi tương đối εr
Điện trường đánh thủng (KV/cm)
Chân không hay không khí 32
Giấy tẩm dầu 3.6 100 – 250
Gốm (sứ) 5.5 150 – 200
Mica – 600 – 1500
Parafin – 2.2 200 – 250
Màng mỏng 2.25 500
Trong bảng cho thấy có giá trị điện trường cực đại mà điện mơi khơng bị đánh thủng Điện trường cực đại gọi điện áp đánh thủng; điện áp đánh thủng tăng độ dày điện môi tăng nên tụ điện cố định mức điện áp cao hai cực cách xa
• Độ xác: Biểu thị mức độ chênh lệch trị số thực tế điện dung so với trị danh định nó, có kí hiệu sau: G= 2%,I J, = 5%,K = 10%,M = 20%
Đối với tụ không ghi giá trị sai số mặc định 10%
• Điện áp làm việc WV (Working Volt): Là điện áp mà tụ chịu làm việc lâu dài WV có cấp sau: 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 85V, 100V, 160V, 200V, 400V…
Nếu tụ không ghi giá trị WV mặc định 50V
Lưu ý: sử dụng khơng nên để tụ vượt giới hạn này, không chất điện mơi tụ bị đánh thủng Thường chọn WV > 2Vc
• Mạch tương đương tụ điện:
Ngồi tụ điện thực tế cịn có điện trở điện cảm mạch tương đương sau:
Rs: điện trở nối tiếp
Rp: điện trở song song
• Điện trở tương đương nối tiếp (ESR).
ESR: điện trở AC tụ điện phản ánh điện trở nối tiếp Rs điện
L RS
(3)này biểu diễn mát điện trở R mạch tương đương
• Mất mát điện môi tanγ :
Trong thực tế tụ điện có mát phân cực hóa điện mơi tụ điện điện trở dây dẫn Quan hệ hệ số phẩm chất Q tgγ
100
Q tgγ =
• Hệ số cơng suất pF (Power Factor) hay thừa số công suất: định nghĩa mát điện tụ làm việc với điện áp AC Trong tụ điện lý tưởng dịng điện sớm pha điện áp 900 PF định nghĩa tỉ số
điện trở tương đương nối tiếp R tổng trở Z tụ điện PF thường có đơn vị là%
• Hệ số tiêu tán DF (dissipation Factor) hay thừa số tiêu tán: DF tỉ số điện trở tương đương nối tiếp R với dung kháng Xc thường có đơn
vị là% DF xấp xỉ PF PF 10%
• Hệ số phẩm chất Q (Quality Factor) hay thừa số phẩm chất Q DF
= Thường áp dụng cho tụ điện mạch điều hợp
• Dòng điện ró DC hay dòng điện rò: dòng điện chạy qua tụ điện có đặt điện áp DC vào tụ
• Điện trở cách điện (Isulation resistance): tỷ số điện áp đặt vào tụ điện với dòng rĩ thường biểu diễn MΩ
Ký hiệu tụ điện sơ đồ mạch:
Tụ ghép song song: Ctd =C1+C2+
Tụ ghép nối tiếp:
1
1 1
td
C =C +C +
Chức tụ điện: Có hai chức chính:
• Nạp hay xả điện: chức áp dụng cho mạch làm phẳng mạch định thì…
• Ngăn dịng điện DC: chức áp dụng vào mạch lọc để trích hay khử tần số đặc biệt
3 Phân loại tụ điện cố định: a Theo điện mơi tụ điện:
Tụ điện cố
định Tụ điện biến đổi
(4)* Tụ điện giấy dầu cách điện
* Tụ điện màng chất dẻo (plastic) hay chất dẻo kim loại, polystyrene,… * Tụ điện mica
* Tụ điện gốm: lớp hay nhiều lớp
* Tụ điện điện giải (cịn gọi tụ điện điện phân): nhơm, chứa khí… b Theo ứng dụng tụ điện:
* Chính xác: mica, thủy tinh, gốm, màng polystyrene,…
* Bán xác: màng chất dẻo, màng chất dẻo kim loại Mylar… * Đa dụng: gốm, tụ điện điện giải cxide nhôm, oxide tantalum… * Vi điện tử: gốm, oxide tantalum…
* Máy phát: gốm, mica, thủy tinh, chân khơng, chứa khí … 4 Các tụ điện tiêu biểu:
Các tụ điện thương mại thường phân loại theo điện môi Các tụ điện thông dụng tụ điện mơi khơng khí, mica, giấy, màng chất dẻo gốm, kể thêm tụ điện hoá học (gọi tắt tụ hoá) Bảng sau cho thấy đặc tính tiêu biểu tụ điện thơng dụng:
Điện môi Cấu tạo Điện dung Điện áp đánh thủng (Volt) Khơng khí Các đan xen kẻ 10 – 40pF 400 (khe khơng khí
0.02 inch)
Gốm Hình ống 0.5 – 1600pF 500 – 20.000
Gốm Hình đĩa 1pF đến 1µF
Điện giải Nhôm - 6800µF 10 - 450
Điện giải Tantalum 0.047 - 330µF - 50
Mica Các xếp lại 140 – 5000pF 500 – 20.000 Giấy Màng cuộn 0.001 - 1µF 200 - 1600 Màng chất
dẻo Cuộn lại kim loại hóa 100pF - 100µF 50 - 600
Ngoại trừ tụ hố ra, tụ điện khác nối vào mạch không cần quan tâm đến cực tính Chú ý cực tính nạp xác định cực tính điện áp tụ điện
Tụ phân cực gọi tụ DC
(5)Một số tụ điện thông dụng:
1 Tụ hóa: (có cực tính) chế tạo với cực nhơm cực dương có bề mặt hình thành lớp Oxit nhơm lớp bột khí có tính cách điện để làm chất điện mơi giá trị: 1µF 10.000µF
2 Tụ gốm: (khơng cực tính) giá trị 1pF 1µF
3 Tụ giấy (khơng cực tính): Hai cực băng kim loại dài, có lớp cách điện giấy tẩm dầu cuộn lại thành ống Điện áp đánh thủng đến vài trăm Volt
4 Tụ mica (không cực tính) pF -> nF Điện áp làm việc cao. Tụ sơn chấm màu để giá trị điện dung
5 Tụ màng mỏng: pF µF (khơng có cực tính): Chất điện mơi polyester (PE), polyetylen (PS) Điện áp làm việc cao
6 Tụ tang: (có cực tính) 0.1µF 100µF 5 Cách đọc trị số tụ:
Loại tham số quan trọng tụ điện trị số điện dung (kèm theo dung sai) điện áp làm việc Chúng ghi trực tiếp, ghi qui ước chữ số
a. Đối với tụ điện có cực (tụ DC). Các cực ghi dấu + dấu - Đơn vị điện dung: µF,µFD, MFD, UF
Điện áp làm việc: VDC (volt DC) ghi trực tiếp chữ số VD: 10µF/16 VDC, 470µF/15VDC, 5µF /6VDC
b. Các loại tụ màng mỏng:
Nếu không ghi đơn vị qui ước đơn vị pF
VD: 47/630 có nghĩa 47pF, điện áp làm việc 630V Nếu số đầu có dấu chấm đơn vị µF
VD: có nghĩa 1µF 47 có nghĩa 47 µF Trường hợp ghi chữ số:
VD:123K -> 12 *103 pF, K sai số ( hay dung sai).
Ký tự dung sai: G= 2%;J = 5%;K = 10%;M = 20%
VD: 473 -> 47.000pF = 0.47µF 223 -> 22.000pF = 0.22µF c. Các trường hợp khác:
(6)• Tụ bị rỉ: chất điện môi bị biến chất nên phần dòng điện DC qua
• Tụ bị giảm trị số: chất điện môi bị chất lượng (rắn), khô (lỏng)
• Tụ bị đứt: dây nối chân tụ bị đứt
2 Kiểm tra tụ cố định có trị số > 0.1µF (tụ hố)
VOM thang đo R x100, hay Rx1000, đưa que đen vào đầu +, đỏ vào đầu – tụ Nếu:
• Kim lên nhanh từ từ trả : tụ tốt
• Kim lên đứng yên: tụ rỉ
• Kim lên dừng lại vị trí 0: tụ bị chấp
• Kim khơng lên: tụ đứt
• Kim nhích lên chạy vị trí Tụ khô
Tụ có trị số lớn: kim lên nhiều, chậm
Lưu ý: trước phải xả điện tích tụ cách chập hai chân tụ vào Kiểm tra tụ có điện dung nhỏ (<0.5µF )
Do có trị số nhỏ, nên khơng thể dùng VOM để kiểm tra thời gian tụ nạp xả nhanh Nên dùng phương pháp đo nóng sau:
Dùng nguồn DC 12V nối với mạch hình vẽ Dùng VOM thang đo VDC, chọn tầm đo thích hợp Nếu:
• Kim lên từ từ 0: tụ tốt
• Kim lên điện áp nguồn: tụ nối tắt
• Kim lên < 10V: tụ rỉ
• Kim khơng lên: tụ đứt
4. Đối với tụ có trị số thay đổi:
Dùng VOM trị số Rx100 hay Rx1K Dùng đầu que đo đưa vào hai cực biến tụ, xoay Nếu:
• Kim 00 suốt trình xoay: tụ tốt
• Kim nhảy vài vị trí: tụ bị chạm VI Các ứng dụng tụ điện.
- Tụ dẫn điện tần số cao: tách tín hiệu tần số cao tần số thấp để đưa vào loa bổng trầm
VOM + -+
-VDC
(7)