Vật liệu và linh kiện điện tử - Chương 2: Tụ điện

*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Chương 2 *402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*I. CẤU TẠO Bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau.Điện môi làm bằng chất cách điện: giấy, mica, gốmKý hiệu : C*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Là khả năng tích điện của tụ điện và được tính theo công thức : C : điện dung có đơn vị là F (Farad), F, nF, pF1F = 10-6F ; 1nF = 10-9F ; 1pF = 10-12F : hằng số điện môi tuỳ thuộc vào chất cách điện( Không khí khô  = 1; giấy  = 3,6; Gốm (Ceramic)  = 5,5; Mica  = 4÷5)S : diện tích bản cực đơn vị là m2d : bề dày lớp điện môi đơn vị là m ĐIỆN DUNG*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*III. Đặc tính của tụ đối với dòng điện một chiềuKhảo sát thí nghiệm :K1 đóng tụ nạp điện làm đèn loé sángK2 đóng tụ phóng điện làm đèn loé sáng*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Tụ nạp điện :Khi K ở 1, tụ bắt đầu nạp điện. Điện áp tức thời trên 2 đầu tụ:t: thời gian tụ nạp, đơn vị là giây (s)e = 2,71828 = R.C (hằng số thời gian, đơn vị là giây -s)*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Dòng điện tức thời của tụ là :*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*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 = R.C (hằng số thời gian, đơn vị là giây -s)*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Dòng điện tức thời của tụ là :*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Điện tích tụ nạp :Q = CUQ: điện tích (coulomb)C: điện dung (Farad)U: điện áp nạp trên tụ (volt)Năng lượng tụ nạp và xả :W : điện năng (joule-J)C: điện dung (farad-F)U: điện áp trên tụ (volt-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.*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*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- Gốm (Ceramic) E = 150  200kV/cm- Mica E = 500kV/cm Điện dung C (đơn vị là F, F)Điện áp làm việc (đơn vị là V) Thông thường, người ta cho điện trường đánh thủng và nó liên hệ với điện áp đánh thủng theo công thức:Thông số kỹ thuật của tụ :*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*IV. Phân loại tụ điện Tụ hoá có điện dung lớn từ 1 F đến 10.000 F là loại có phân cực tính. Điệän áp làm việc nhỏ hơn 500V.1. Tụ oxit hoá (tụ hoá) Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ hoá*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Tụ gốm có điện dung lớn từ 1 pF đến 1 F là loại không có phân cực tính. Điện áp làm việc đến vài trăm Volt.2. Tụ gốm (Ceramic) Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ gốm*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử* Cách đọc trị số của tụ gốmQui ước về sai số của tụ là: J =  5% K =  10% M =  20%*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Tụ giấy không có cực tính, điện áp đánh thủng khoảng vài trăm Volt.3. Tụ giấy *402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*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 Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ mica*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử* Tụ màng mỏng có điện dung từ vài trăm pF đến vài chục  F là loại không có cực tính. Điện áp làm việc cao đến hàng ngàn Volt.Tụ màng mỏng Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ màng mỏng*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Tụ tang có điện dung từ 0,1  F đến 100  F là loại có cực tính. Điện áp làm việc thấp chỉ vài chục Volt.Tụ tantan Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ tang*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*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*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*V. Đặc tính của tụ đối với dòng điện xoay chiều Cường độ dòng điện là: Điện tích tụ nạp được là: Q = C.UĐối với dòng điện xoay chiều: u(t) = Um .sintDòng điện tức thời là:Im = CUm Dòng điện cực đại là:Điện áp cực đại là:*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Sức cản của tụ điện đối với dòng AC Định luật Ohm gọi là dung kháng ký hiệu là XcXc : dung kháng ()f : tần số (Hz)C : điện dung (F)CfCXcpw211==*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Góc pha giữa điện áp và dòng điện()usinsin1tItitICtmmcwww.)(,90)(0=-×=*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện thuần dungGiả sử nguồn AC vs có: us(t) = Um.sint = Um.sin2ftDòng điện nạp vào tụ ic(t) có dạng: ic(t) = Im.sin(t + 900) Biên độ cực đại: Biên độ hiệu dụng:*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*VI. Các kiểu ghép tụ điện Tụ điện ghép nối tiếpĐiện tích nạp được vào tụ tính theo công thức: *402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*Gọi C là tụ điện tương đương của C1, C2 ghép nối tiếp thì:mà: Suy ra: Tụ điện ghép song song*402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử* 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  C = C1+ C2 *402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*VII. Các ứng dụng của tụ điệnTụ dẫn điện ở tần số cao2. Tụ nạp xả điện trong mạch lọc *402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử*4. Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung vuông 3. Tụ điện trong mạch lọc nguồn