2.2 Tụ điện (Capacitor)
2.2.3 Phân loại tụ điện
Cĩ rất nhiều loại tụ điện khác nhau và tùy theo đặc điểm khác nhau của chúng, mỗi loại đều cĩ những ưu điểm và nhược điểm riêng.
Một số loại tụ điện cĩ thể tích điện tới các mức điện áp cao, và do đĩ, chúng cĩ thể được sử dụng trong các ứng dụng điện áp cao. Một số tụ điện cĩ thể sạc tích điện với dung lượng lớn, chẳng hạn như tụ điện phân nhơm. Một số tụ điện cĩ tỉ lệ rị rỉ rất thấp và cũng cĩ loại cĩ tỷ lệ rị rỉ rất cao. Tùy theo đặc tính của từng loại mà chúng sẽ được đưa vào ứng dụng trong các mạch cụ thể.
Phân loại dựa vào thiết kế
- Tụ điện phân cực (Electrolytic Capacitors)
Đối với hầu hết các ứng dụng, chúng ta đều sử dụng loại tụ điện phân cực. Tụ điện loại này được sử dụng khi yêu cầu giá trị điện dung rất lớn, thường trên 1μF. Thay vì sử dụng một lớp màng kim loại rất mỏng để làm một trong các điện
2019 TRANG 25
cực, một dung dịch điện phân dạng bán lỏng ở dạng thạch hoặc bột nhão được sử dụng làm điện cực thứ hai (thường là cực âm).
Hình 2.13: Tụ điện phân cực
Chất điện mơi là một lớp rất mỏng của ơxít làm tăng q trình điện hĩa, với độ dày của màng là nhỏ hơn mười micro mét. Lớp cách điện này là quá mỏng nên nĩ cĩ thể làm cho tụ điện cĩ một giá trị điện dung lớn cho một kích thước vật lý nhỏ như khoảng cách giữa các bản cực, d là rất nhỏ.
Phần lớn các kiểu tụ điện loại điện phân là được phân cực, do đĩ điện áp một chiều DC khi cung cấp tới các chân tụ cĩ sự phân cực chính xác, tức là nguồn dương nối chân dương của tụ, cực âm nối đến chân âm tụ, nếu phân cực khơng chính xác sẽ phá vỡ các lớp oxit cách điện và cĩ thể dẫn đến hỏng tụ vĩnh viễn. Tất cả các tụ điện điện phân được phân cực đã được đánh dấu rõ ràng với một dấu hiệu âm cực để chỉ cực âm và cực này phải được chú ý.
Tụ điện loại điện phân thường được sử dụng trong các mạch điện cung cấp nguồn DC do chúng cĩ kích thước nhỏ nhưng điện dung lớn cĩ thể giúp giảm điện áp gợn sĩng (lọc nguồn) hoặc cho các ứng dụng ghép tầng và tách tầng. Một bất lợi chính của loại tụ điện này thơng số điện áp tương đối thấp và do sự phân cực của tụ điện, nĩ khơng được sử dụng trong nguồn xoay chiều AC. Tụ điện phân thường cĩ hai loại cơ bản: tụ nhơm điện phân và tụ Tantali điện phân.
Một tụ điện thường được dán nhãn với các thơng số sau:
2019 TRANG 26 o Điện áp tối đa
o Nhiệt độ tối đa o Phân cực
Đối với một tụ điện phân cực, điện dung được đo bằng micro Farad. Dựa trên yêu cầu thích hợp các tụ điện sẽ được chọn. Với điện dung cao hơn, kích thước của tụ điện cũng tăng lên.
- Tụ điện Polyester (tụ kẹo)
Tụ điện polyester là tụ gồm các tấm bản kim loại với lớp polyester giữa chúng, hoặc một màng kim loại được kết tủa trên các chất cách điện.
Giá trị của tụ Polyester trong phạm vi từ 1nF đến 15μF, và với điện áp làm việc từ 50V đến 1500V. Phạm vi dung sai 5%, 10%, và 20%. Chúng cĩ hệ số nhiệt độ cao và điện trở cách ly cao, vì vậy chúng được lựa chọn để ghép tầng trong ứng dụng bộ nhớ AND/OR. So với các loại khác, tụ điện polyester cĩ điện dung cao cho mỗi đơn vị thể tích. Điều này cĩ nghĩa một tụ cĩ kích thước nhỏ cũng cĩ thể cĩ điện dung lớn.
Các tính năng này, cùng với giá cả tương đối thấp của chúng làm cho tụ điện polyester sử dụng rộng rãi, phổ biến và cĩ giá rẻ.
Hình 2.14: Tụ điện Polyester
- Tụ điện loại Tantalum:
Tụ Tantalum là tụ điện được làm bằng tantalum pentoxit. Tụ Tantalum, giống như nhơm, là tụ điện phân cực. Ưu điểm chính (đặc biệt là trên tụ nhơm) là nhỏ hơn, nhẹ hơn và ổn định hơn. Chúng cĩ tỷ lệ rị rỉ thấp hơn và ít độ tự cảm giữa 2 chân. Tuy nhiên, điểm bất lợi là chúng cĩ điện dung lưu trữ tối đa
2019 TRANG 27
thấp hơn và điện áp làm việc tối đa thấp hơn so với các loại khác. Chúng cũng dễ bị hỏng từ gai dịng điện cao. Tụ điện tantalum được sử dụng chủ yếu trong các hệ thống tín hiệu tương tự, nơi mà ít bị (High current-spike) nhiễu.
Hình 2.15: Tụ điện Tantalum
- Tụ gốm (Ceramic Capacitors)
Tụ gốm hay tụ Disc như tên gọi của chúng, được thực hiện bằng cách phủ hai mặt của một miếng sứ nhỏ hoặc đĩa gốm một lớp bạc và sau đĩ được xếp chồng lên nhau để làm ra một tụ điện. Một đĩa gốm đơn khoảng 3-6mm được sử dụng cho giá trị điện dung rất thấp. Các tụ gốm cĩ một hằng số điện mơi cao (High-K) và cĩ thể đạt được điện dung tương đối cao trong một kích thước vật lý nhỏ.
Hình 2.16: Tụ gốm
Điện dung của chúng cĩ những biến đổi phi tuyến lớn chống lại nhiệt độ và kết quả là được sử dụng làm tụ tách tầng hoặc tụ by-pass, chúng là tụ khơng phân cực. Tụ gốm cĩ giá trị khác nhau, từ một vài picofarads đếnmột hoặc hai microfarads, (μF) nhưng thơng số điện áp của chúng nĩi chung là khá thấp.
Các loại tụ gốm thường cĩ một mã 3 chữ số in trên vỏ để xác định giá trị điện dung của chúng theo đơn vị pico-farads. Nĩi chung hai chữ số đầu tiên chỉ ra giá trị tụ điện và các chữ số thứ ba cho biết số lượng các số khơng được thêm vào. Ví dụ, một tụ điện gốm với các thơng số 103 sẽ chỉ 10 và 3 số khơng ở pico-farads tương đương với 10.000 pF hoặc 10nF. Với các chữ số 104 sẽ
2019 TRANG 28
chỉ 10 và 4 số khơng ở pico-farads tương đương với 100.000 pF hoặc 100nF và tương tự nếu trên với 154 chỉ 15 và 4 số khơng ở pico-farads tương đương với 150.000 pF hoặc 150nF hoặc 0.15uF. Mã chữ đơi khi được dùng để chỉ ra giá trị dung sai của tụ như: J = 5%, K = 10% hoặc M = 20% v.v...