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

Nội dung text: Bài giảng Vật liệu và linh kiện điện tử - Chương 2: Tụ điện

1. Chương 2 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 21/05/2021 1
2. I. CẤU TẠO o Bản cực làm bằng chất dẫn điện đặt song song nhau. o Điện môi làm bằng chất cách điện: giấy, mica, gốm o Ký hiệu : C 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 2
3. II. ĐIỆN DUNG Là khả năng tích điện của tụ điện và được tính theo công thức : S : diện tích bản cực đơn vị là m2 d : bề dày lớp điện môi đơn vị là m  : hằng số điện môi tuỳ thuộc vào chất cách điện ( Không khí khô  = 1; giấy  = 3,6; Gốm (Ceramic)  = 5,5; Mica  = 4÷5) C : điện dung có đơn vị là F (Farad), F, nF, pF 1F = 10-6F ; 1nF = 10-9F ; 1pF = 10-12F 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 3
4. III. Đặc tính của tụ đối với dòng điện một chiều Khảo sát thí nghiệm : ➢ K1 đóng tụ nạp điện làm đèn loé sáng ➢ K2 đóng tụ phóng điện làm đèn loé sáng 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 4
5. 1 K R 2 + + + UDC C - - - 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) 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 5
6. Dòng điện tức thời của tụ là : V VDC I = R VDC • •0 ,98 • 0,99 • 0,95 0,8VDC 0,86 • ñieän aùp tuï naïp v c(t) 0,6VDC 0,63 0,4VDC • 0,37 doøng ñieän naïp i c(t) 0,2VDC 0,14 • 0,05 0,02 • • • 0,01 2 3 4 5 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 6
7. 1 K R 2 + + + UDC C - - - 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) 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 7
8. Dòng điện tức thời của tụ là : V VDC I = R VDC 0,8VDC ñieän aùp tuï xaû vc(t) 0,6VDC 0,4VDC • 0,37 doøng ñieän xaû i c(t) 0,2VDC • 0,14 0,05 0,02 0,01 • • • t  2 3 4 5 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 8
9. ❖ Điện tích tụ nạp : Q: điện tích (coulomb) Q = CU 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. 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 9
10. Thông thường, người ta cho điện trường đánh thủng và nó liên hệ với điện áp đánh thủng theo công thức: 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 ❖ Thông số kỹ thuật của tụ : Điện dung C (đơn vị là F, F) Điện áp làm việc (đơn vị là V) 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 10
11. IV. Phân loại tụ điện 1. Tụ oxit hoá (tụ hoá) 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.  Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ hoá + + + - - - 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 11
12. 2. Tụ gốm (Ceramic) 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.  Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ gốm 21/05/2021 12 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử
13.  Cách đọc trị số của tụ gốm 1: soá thöù nhaát 102J 0: soá thöù hai .01 100 22F 50V 25V 2: soá boäi J: sai soá C = 0,01F C = 100 F C = 22F C = 1000 F 5% Qui ước về sai số của tụ là: J = 5% K = 10% M = 20% 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 13
14. 3. Tụ giấy Tụ giấy không có cực tính, điện áp đánh thủng khoảng vài trăm Volt. 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 14
15. 4. Tụ mica 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.  Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ mica 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 15
16. 5. Tụ màng mỏng 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.  Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ màng mỏng 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 16
17. 6. Tụ tantan 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.  Ký hiệu và hình dáng thực tế của tụ tang 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 17
18. CÁC TRỊ SỐ ĐIỆN DUNG TIÊU BIỂU 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 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 18
19. 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 .sint Dòng điện tức thời là: Dòng điện cực đại là: Im = CUm Điện áp cực đại là: 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 19
20. Sức cản của tụ điện đối với dòng AC Định luật Ohm 1 gọi là dung kháng ký hiệu là X C c Xc : dung kháng () 1 1 X c = = f : tần số (Hz)  C 2p f C C : điện dung (F) 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 21/05/2021 20
21. Góc pha giữa điện áp và dòng điện 1 u (t) = ×I sin( t - 90 0 ) , i (t) = I .sin t c C m m 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 21/05/2021 21
22. Áp dụng định luật Ohm cho mạch điện thuần dung Giả sử nguồn AC vs có: us(t) = Um.sint = Um.sin2pft 0 Dòng điện nạp vào tụ ic(t) có dạng: ic(t) = Im.sin(t + 90 ) Biên độ cực đại: Biên độ hiệu dụng: 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 22
23. VI. Các kiểu ghép tụ điện 1. Tụ điện ghép nối tiếp Điện tích nạp được vào tụ tính theo công thức: 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 23
24. Gọi C là tụ điện tương đương của C1, C2 ghép nối tiếp thì: mà: Suy ra: 2. Tụ điện ghép song song 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 21/05/2021 24
25. Điện tích nạp vào tụ C1 là: Q1 = C1.U Điện tích nạp vào tụ C2 là: Q2 = C2.U Gọi 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.U Điện 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 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 25
26. VII. Các ứng dụng của tụ điện 1.Tụ dẫn điện ở tần số cao 2. Tụ nạp xả điện trong mạch lọc 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 26
27. 3. Tụ điện trong mạch lọc nguồn 4. Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung vuông 21/05/2021 402057 – Vật liệu và Linh Kiện Điện Tử 27