Một tụ điện có rất nhiều thông số kỹ thuật và đặc tính. Bằng cách quan sát thông tin được in trên thân của một tụ điện, chúng ta có thể hiểu rất rõ về các đặc tính của tụ điện đó. Nhưng một số tụ điện có màu sắc hoặc mã số trên thân của chúng, do đó rất khó để hiểu về các đặc tính. Mỗi loại hoặc họ tụ điện có bộ đặc tính và hệ thống nhận dạng riêng. Một số hệ thống nhận dạng tụ điện dễ hiểu các đặc tính của chúng và những hệ thống khác sử dụng các ký hiệu, chữ cái và màu sắc gây nhầm lẫn.
Để hiểu các đặc tính của một tụ điện cụ thể một cách dễ dàng, trước tiên hãy tìm ra họ tụ điện đó là gốm, nhựa, màng hoặc điện phân và từ đó dễ dàng xác định các đặc tính. Mặc dù các tụ điện có cùng giá trị điện dung nhưng chúng có thể có điện áp làm việc khác nhau. Nếu bạn sử dụng một tụ điện có điện áp làm việc thấp thay thế cho một tụ điện có điện áp làm việc cao thì điện áp tăng có thể làm hỏng tụ điện điện áp thấp mặc dù cả hai tụ điện có cùng điện dung.
Chúng ta đã biết rằng tụ điện phân có cực tính, vì vậy khi kết nối tụ điện phân vào mạch, cực dương phải được kết nối với đầu nối dương và cực âm của tụ điện phải được kết nối với đầu nối âm, nếu không tụ điện có thể bị hỏng. Vì vậy, tốt hơn hết là thay thế tụ điện bị hỏng hoặc cũ trong mạch bằng tụ mới có cùng đặc tính. Hình dưới đây thể hiện các đặc tính của một tụ điện.
Bạn có thể tham khảo Ý nghĩa các thông số ghi trên tụ điện để biết thêm chi tiết !
Các thông số của tụ điện
Một tụ điện đi kèm với một tập hợp các đặc tính. Tất cả các đặc tính này có thể được tìm thấy trong các tài liệu kỹ thuật do nhà sản xuất tụ điện cung cấp. Bây giờ chúng ta hãy thảo luận một số đặc tính.
Điện dung danh định (C)
Một trong những đặc tính quan trọng nhất trong tất cả các đặc tính của tụ điện là điện dung danh định (C) của một tụ điện. Giá trị điện dung danh định này thường được đo bằng pico-farad (pF), nano-farad (nF) hoặc micro-farad (uF) và giá trị này được chỉ ra bằng màu sắc, số hoặc chữ cái trên thân của một tụ điện. Giá trị điện dung danh định này, được in trên mặt bên của thân tụ điện, không nhất thiết phải bằng với giá trị thực tế của nó.
Giá trị điện dung danh định có thể thay đổi theo nhiệt độ làm việc và theo tần số mạch. Các giá trị danh định này thấp nhất là một pico-farad (1pF) đối với các tụ gốm nhỏ hơn và cao nhất là một farad (1F) đối với các tụ điện phân. Tất cả các tụ điện đều có xếp hạng dung sai dao động từ -20% đến +80%.
Điện áp làm việc (WV)
Điện áp làm việc là một đặc tính quan trọng khác trong tất cả các đặc tính của tụ điện. Lượng điện áp tối đa được áp dụng cho một tụ điện mà không bị hỏng trong suốt thời gian làm việc của nó được gọi là điện áp làm việc (WV). Điện áp làm việc này được thể hiện theo điện áp một chiều (DC) và cũng được in trên thân của một tụ điện.
Thông thường, điện áp làm việc được in trên thân của một tụ điện đề cập đến điện áp một chiều (DC) của nó nhưng không phải là điện áp xoay chiều (AC), vì điện áp AC được tính theo giá trị rms. Vì vậy, điện áp làm việc của tụ điện phải lớn hơn 1,414 (Vm = Vrms x√2) lần giá trị AC thực tế của nó để có thể áp dụng điện áp AC cho tụ điện. Điện áp làm việc một chiều quy định này của một tụ điện (WV-DC) chỉ có giá trị trong một phạm vi nhiệt độ nhất định, chẳng hạn như từ -300C đến +700C. Nếu bạn áp dụng điện áp DC hoặc AC lớn hơn điện áp làm việc của một tụ điện thì tụ điện đó có thể bị hỏng.
Các điện áp làm việc thường được in trên thân của một tụ điện là 10V, 16V, 25V, 35V, 50V, 63V, 100V, 160V, 250V, 400V và cả 1000V. Tất cả các tụ điện sẽ có tuổi thọ làm việc lâu hơn nếu chúng hoạt động trong phạm vi các giá trị điện áp định mức và trong môi trường mát mẻ.
Dung sai (±%)
Dung sai là độ lệch tương đối cho phép của điện dung so với giá trị định mức, được thể hiện bằng phần trăm. Giống như điện trở, giá trị dung sai cho tụ điện cũng tồn tại ở dạng cộng hoặc trừ. Giá trị dung sai này thường được đo bằng pico-farad (+/-pF) đối với các tụ điện có giá trị thấp, nhỏ hơn 100pF hoặc bằng phần trăm (+/-%) đối với các tụ điện có giá trị cao hơn, lớn hơn 100pF.
Giá trị dung sai của một tụ điện được đo ở nhiệt độ +20°C và chỉ có giá trị tại thời điểm giao hàng. Nếu một tụ điện có thể được sử dụng sau một thời gian lưu trữ dài hơn thì giá trị dung sai sẽ tăng lên, nhưng theo các thông số kỹ thuật chuẩn, giá trị này sẽ không vượt quá hai lần giá trị được đo tại thời điểm giao hàng. Các dung sai giao hàng thông thường cho các tụ điện cuộn dây là +/-(1%, 2,5%, 5%, 10%, 20%). Sự thay đổi giá trị dung sai rất phổ biến đối với các tụ điện là 5% hoặc 10% và giá trị này được xếp hạng thấp nhất là +/-1% đối với các tụ điện nhựa.
Dòng rò (LC)
Tất cả các vật liệu điện môi được sử dụng trong các tụ điện để tách các tấm kim loại của tụ điện không phải là chất cách điện hoàn hảo. Chúng cho phép một lượng dòng điện nhỏ, chẳng hạn như dòng rò, chảy qua nó. Hiệu ứng này là do trường điện mạnh được tạo thành bởi các hạt tích điện trên các tấm của một tụ điện khi điện áp cấp (V) được áp dụng cho nó.
Dòng rò của một tụ điện là một lượng nhỏ dòng điện một chiều tính bằng nano-ampe (nA). Điều này là do sự chảy của các electron qua vật liệu điện môi hoặc xung quanh các cạnh của nó và cũng do phóng điện theo thời gian khi nguồn cấp điện bị loại bỏ.
Dòng rò được định nghĩa là sự truyền năng lượng không mong muốn từ mạch này sang mạch khác. Một định nghĩa khác là dòng rò là dòng điện khi dòng điện lý tưởng của mạch bằng không. Dòng rò của tụ điện là một yếu tố đáng kể trong các mạch ghép khuếch đại và trong các mạch nguồn cấp điện.
Dòng rò rất thấp trong các tụ điện loại màng hoặc lá và rất cao (5-20 uA trên uF) trong các tụ điện phân (tantal và nhôm), nơi các giá trị điện dung của chúng cũng cao.
Nhiệt độ làm việc
Giá trị điện dung của một tụ điện thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ xung quanh tụ điện. Bởi vì sự thay đổi nhiệt độ gây ra sự thay đổi trong các tính chất của chất điện môi. Nhiệt độ làm việc là nhiệt độ của một tụ điện hoạt động với các định mức điện áp danh định. Phạm vi nhiệt độ làm việc chung cho hầu hết các tụ điện là từ -30°C đến +125°C. Trong các tụ điện loại nhựa, giá trị nhiệt độ này không vượt quá +700C.
Giá trị điện dung của một tụ điện có thể thay đổi nếu không khí hoặc nhiệt độ xung quanh của tụ điện quá lạnh hoặc quá nóng. Những thay đổi nhiệt độ này sẽ gây ảnh hưởng đến hoạt động thực tế của mạch và cũng làm hỏng các thành phần khác trong mạch đó. Tôi nghĩ việc giữ nhiệt độ ổn định để tránh các tụ điện bị cháy không phải là một việc đơn giản.
Các chất lỏng bên trong chất điện môi có thể bị mất do bay hơi, đặc biệt là trong các tụ điện phân (tụ điện nhôm) khi chúng hoạt động ở nhiệt độ cao (trên +850C) và thân của tụ điện cũng có thể bị hỏng do dòng rò và áp suất bên trong. Và các tụ điện phân cũng không thể được sử dụng ở nhiệt độ thấp, chẳng hạn như dưới -100C.
Hệ số nhiệt độ
Hệ số nhiệt độ (TC) của một tụ điện mô tả sự thay đổi tối đa của giá trị điện dung trong một phạm vi nhiệt độ xác định. Thông thường, giá trị điện dung được in trên thân của một tụ điện được đo với nhiệt độ tham chiếu là 250C và TC của một tụ điện được đề cập trong tài liệu kỹ thuật cũng phải được xem xét cho các ứng dụng hoạt động dưới hoặc trên nhiệt độ này. Thông thường, hệ số nhiệt độ được thể hiện bằng đơn vị phần triệu trên độ C (PPM/0C) hoặc như là phần trăm thay đổi trong một phạm vi nhiệt độ cụ thể.
Một số tụ điện là tuyến tính (tụ điện loại 1), chúng rất ổn định với nhiệt độ; các tụ điện như vậy có hệ số nhiệt độ bằng không. Thông thường, các tụ điện mica hoặc polyester là ví dụ cho các tụ điện loại 1. Thông số kỹ thuật TC cho các tụ điện loại 1 luôn chỉ định sự thay đổi điện dung trong phần triệu (PPM) trên độ C.
Một số tụ điện là phi tuyến (tụ điện loại 2), nhiệt độ của các tụ điện này không ổn định như các tụ điện loại 1 và giá trị điện dung của chúng sẽ tăng lên khi tăng giá trị nhiệt độ, do đó các tụ điện này cho hệ số nhiệt độ dương. Ưu điểm chính của các tụ điện loại 2 là hiệu suất thể tích của chúng. Các tụ điện này chủ yếu được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu giá trị điện dung cao, trong khi độ ổn định và hệ số chất lượng với nhiệt độ không phải là các yếu tố chính cần xem xét. Hệ số nhiệt độ (TC) của các tụ điện loại 2 được thể hiện trực tiếp bằng phần trăm. Một trong những ứng dụng hữu ích của hệ số nhiệt độ của tụ điện là sử dụng chúng để triệt tiêu ảnh hưởng của nhiệt độ lên các thành phần khác trong mạch như điện trở, cuộn cảm, v.v.
Phân cực
Thông thường, sự phân cực của tụ điện thuộc về các loại tụ điện phân, chẳng hạn như loại nhôm và loại tantal. Phần lớn các tụ điện phân đều bị phân cực, nghĩa là chúng cần đúng cực tính khi điện áp cấp được kết nối với các đầu cuối của tụ điện, chẳng hạn như cực dương (+) kết nối với đầu nối dương (+) và cực âm (-) kết nối với đầu nối âm (-).
Lớp ôxít bên trong tụ điện có thể bị phá vỡ do phân cực không đúng, điều này gây ra dòng điện cao chảy qua thiết bị. Kết quả là tụ điện bị hỏng như đã đề cập trước đây. Để ngăn ngừa phân cực không đúng, phần lớn các tụ điện phân có mũi tên hoặc sọc đen hoặc dải hoặc hình chữ V ở một bên thân của chúng để chỉ các cực âm (-) của chúng như được thể hiện trong hình dưới đây.
Các tụ điện phân cực có dòng rò lớn nếu điện áp cung cấp của chúng bị đảo ngược. Dòng rò trong các tụ điện phân cực làm méo tín hiệu, làm quá nhiệt tụ điện và cuối cùng phá hủy nó. Lý do cơ bản để sử dụng các tụ điện phân cực là chi phí của chúng thấp hơn các tụ điện không phân cực có cùng định mức điện áp và giá trị điện dung. Về cơ bản, các tụ điện phân cực có sẵn trong các đơn vị micro-farad, chẳng hạn như 1uF, 10uF, v.v.
Điện trở nối tiếp tương đương (ESR)
Điện trở nối tiếp tương đương (ESR) của một tụ điện được định nghĩa là trở kháng xoay chiều của một tụ điện khi nó được sử dụng ở tần số rất cao và cũng xét đến điện trở của chất điện môi. Cả điện trở một chiều của chất điện môi và điện trở của tấm tụ điện đều được đo ở một nhiệt độ và tần số cụ thể.
ESR hoạt động như một điện trở nối tiếp với tụ điện. ESR của một tụ điện là định mức chất lượng của nó. Chúng ta biết rằng về mặt lý thuyết, một tụ điện hoàn hảo là không tổn hao và cũng có giá trị ESR bằng không. Thường xuyên, điện trở này (ESR) gây ra lỗi trong các mạch tụ điện.
Tác động của điện trở nối tiếp tương đương
Điện trở nối tiếp tương đương (ESR) của tụ điện đầu ra trong mạch gây ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị. Và ESR cũng có thể làm giảm điện áp cung cấp của một tụ điện. ESR hoàn toàn ngược lại với điện trở cách điện của tụ điện, được biểu diễn như một điện trở thuần song song với tụ điện trong một số loại tụ điện. Một tụ điện lý tưởng chỉ có điện dung của nó và giá trị ESR rất thấp (nhỏ hơn 0,1Ω).
Nếu độ dày của chất điện môi tăng lên thì ESR sẽ tăng lên. Nếu diện tích bề mặt của tấm tăng lên thì giá trị ESR sẽ giảm xuống. Để tính toán ESR của tụ điện, chúng ta cần một thứ khác ngoài máy đo tụ điện tiêu chuẩn, chẳng hạn như máy đo ESR. Nếu máy đo tụ điện là một thiết bị cầm tay thì nó sẽ không phát hiện ra các lỗi của tụ điện làm tăng giá trị ESR.
Trong tụ điện không phải điện phân hoặc tụ điện có chất điện phân rắn, điện trở kim loại của các dây dẫn, điện cực và tổn thất trong chất điện môi là nguyên nhân gây ra ESR. Thông thường, các giá trị ESR cho các tụ gốm nằm trong khoảng từ 0,01 đến 0,1 ohm. Các tụ điện phân nhôm và tantal với chất điện phân không rắn có giá trị ESR rất cao, chẳng hạn như vài ohm. Một vấn đề chính với các tụ điện phân nhôm là các thành phần mạch sẽ bị hỏng nếu giá trị ESR của các tụ điện được sử dụng trong mạch đó tăng theo thời gian trong quá trình hoạt động.
Thông thường, các giá trị ESR thấp hơn đối với các tụ điện polymer so với các tụ điện phân (ướt) có cùng giá trị. Do đó, các tụ điện polymer có thể xử lý các dòng gợn sóng cao hơn. Một tụ điện có thể được sử dụng làm bộ lọc có định mức ESR rất thấp. Tụ điện có khả năng lưu trữ điện tích ngay cả khi dòng điện nạp không chảy qua nó. Các tụ điện được sử dụng trong TV, đèn flash và ngân hàng tụ điện thường là các loại tụ điện phân. Theo quy tắc chung, các đầu dây của các tụ điện có giá trị lớn cần không bao giờ được chạm vào nhau sau khi nguồn điện đã được ngắt.
