Tổng quan về tụ điện

[U.S.A]

cam on ban rat nhieu

Câu hỏi của bạn vừa rộng vừa không rõ lắm nên hơi khó trả lời. Lan Hương xin mở rộng câu trả lời theo hướng tổng quan về tụ điện liên lạc và mạch liên lạc dùng tụ.

Chọn tụ điện để liên lạc giữa các tầng chức năng (thường là khuếch đại) thường được chọn "hàm hồ". Nghĩa là thường chọn theo cảm tính và kinh nghiệm, thường thì tài liệu lý thuyết cũng bị bỏ quên ví ... xem thường, hay vì nó ... khó quá không chừng.

Để chọn tụ liên lạc tốt giữa các tầng khuếch đại cần chú ý :

1/. Tổng trở xuất (ngõ ra) của tầng trườc phải tương đương với tổng trở nhập (ngã vào) của tầng sau. Total trở kháng ra mixed (trộn) bởi các tầng trước bằng total trờ kháng ngõ vào của tầng sau (xin xem thêm về "phối hợp tổng trở", còn gọi là "điều hợp trở kháng").

Đây là một trong những vấn đề căn bản trong thiết kế mạch điện tử.

2/. Qui chuẩn tính chất vật lý của tín hiệu : Tần số, dạng tín hiệu v.v... phải được nắm bắt kỹ. Ví dụ : có cả một dải tần đi qua tụ liên lạc đó, thì ta phải nắm được tần số trung tâm + dải tần số tác dụng. Tín hiệu dạng xung thì phải nắm được tần số chính và các hoạ tần của nó (hài - harmonic).

3/. Việc chọn tụ liên lạc (hay mạch liên lạc có tụ) đúng sẽ làm giảm nguy cơ nhiễu, tiếng ồn hay méo tín hiệu (noise, distortion) tự dao động, bức xạ ngoài ý muốn, tổn hao vô ích v.v... trong các mạch khuếch đại, bảo đảm dạng tín hiệu. Ví dụ, tín hiệu là dạng xung thì phần liên lạc (có tụ) phải bảo đảm đưa được tần số trung tâm và tổng hài (total harmonics) của nó dạng xung ấy mới được đưa qua trọn vẹn mà không bị méo dạng.

Như vậy thì vấn đề tụ liên lạc trở nên dễ dàng. Nếu lấy mạch đẳng hiệu thì ta có hai tổng trở R(zA) của ngõ ra tầng trước song song với R(zB) của ngõ vào tầng sau nối tiếp với Z(C) của tụ liên lạc, f(S) là tần số trung tâm của tín hiệu .

Thời hằng của mạch liên lạc :

t = 1/ f(S) = (Sqrt)2 x RC.

Với R ~ R(zA) + R(zB) / R(zA) x R(zB) (ohm) = Z(C)

Các tính toán cụ thể đều có trong chương trình Phổ thông, các bạn ôn một tí là dễ dàng áp dụng được ngay.

4/. Chú ý :

- Khi tổng trở ngõ ra tầng trước sai khác với tổng trở ngõ vào tầng sau thì thêm R nối tiếp với C và R song song với các tổng trở để bù lại. Gọi là R-C "bù tổng trở". Đôi khi sự "bù" này không thoả mãn nổi thì phải có tầng phối hợp trở kháng nằm giữa hai tầng để làm nhiệm vụ này. Ví dụ : đưa tín hiệu ngõ ra của máy MP3 (~600 Ohm) vào ngõ Mic in (10K Ohm) chẳng hạn.

- Để bảo đảm dạng tín hiệu không sin hay dải thông tín hiệu quá rộng có thể cần đến vài cụm liên lạc R-C ghép song song / nối tiếp nhau để đạt hiệu quả liên lạc mong muốn.

Thân ái, chúc thành công.

Lan Hương.

[kken366]

Chị Lan Huong cho e hỏi .tụ điện nào dùng để loại bỏ điện áp cao mà cho điện áp thấp đi qua vậy .thask

[hoangnganvn]

Cho mình hỏi chút nhé.
Tụ xuất âm của amp có những điểm gì đặc biệt và cấu tạo như thế nào mà cùng loại tụ đó nhưng tụ của hãng này thì đắt mà của hãng kia thì rẻ, nếu của tầu thì ...

[superhieu1]

ai đã hiễu cặng kẽ về tụ điện cho em hỏi, quá trình nạp và xả của tụ, dòng qua tụ bằng cách nào khi 3 bản cực tách nhau như vậy, nội trở biến thiên thế nào? khi đang nạp hoặc xả thì hiệu điện thế 2 cực ntn, cực tính biến đỗi ra sao? .... mong anh em giúp ạ, em còn tệ lắm

[HTTTTH]

Ai đã hiểu cặn kẽ về tụ điện cho em hỏi, quá trình nạp và xả của tụ, dòng qua tụ bằng cách nào khi 3 bản cực tách nhau như vậy, nội trở biến thiên thế nào? khi đang nạp hoặc xả thì hiệu điện thế 2 cực ntn, cực tính biến đổi ra sao? ....

Tôi thì chẳng hiểu cặn kẽ lắm, nhưng hiểu như thế này:
- Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, nó có tác dụng tích TỤ ĐIỆN lượng, nó chỉ có khả năng chứa được một lượng điện tích nhất định. Điện dung C = "dung lượng điện tích" của nó được tính qua biểu thức Q = CU (cho dễ hiểu, dễ nhớ, ta nói "cu bằng cu") với Q là điện lượng. Giả sử ta nạp được cho nó bằng dòng không đổi I (theo định nghĩa thì I = dq/dt) thì sau thời gian t, nó sẽ được nạp đầy. Vì vậy Q = It.
- Quá trình nạp cho tụ: Giả sử cực + nối vào bản cực trên, cực - nối với bản cực dưới của 1 tụ điện vẽ nằm ngang. Ta hình dung như sau: các i-on dương (từ cực + nguồn) kéo các điện tử từ bản cực trên về nguồn làm cho bản cực trên mang điện dấu +. Do hiện tượng cảm ứng, bản cực dưới của tụ sẽ có điện tích âm (-) do các điện tử từ nguồn âm chạy tới. Sự dịch chuyển điện tích như trên tạo nên dòng điện ở mạch ngoài gọi là dòng nạp. (Ta cứ tưởng tượng như trai gái 2 làng chạy tới gặp nhau giao lưu... he he)
- Khi nạp điện áp U cho tụ có điện dung C qua điện trở R, dòng điện tích đi qua R đến nạp cho C giảm dần theo thời gian, tuân theo quy luật hàm mũ. Điện áp trên tụ có dạng (1 - hàm mũ). Đường cong U(t) có dạng cong lên như phần đầu của xung răng cưa. Khi nạp, điện áp trên 2 bản cực tụ tăng dần từ 0V lên đến 2U/3 (hay là U/sqrt2, tôi không nhớ chính xác, coi như là khoảng 2/3 điện áp nguồn) mất một khoảng thời gian t = RC . Đại lượng t đó được gọi là thời gian phóng nạp hay thời hằng của mạch RC. Cứ sau mỗi khoảng thời gian t tiếp theo, điện áp tăng lên thêm 2/3 phần điện áp còn lại. Nếu R khác 0, có thể nói : "Tụ điện không bao giờ được nạp đầy" vì bao giờ cũng còn lại 1/3 điện áp chưa được nạp sau mỗi khoảng thời gian t.
- Quá trình tụ xả: Khi tụ đã được nạp điện tới điện áp U, nếu không ai động đến (ví dụ đem cất trong chân không), điện tích sẽ được tích trong tụ mãi mãi, nên điện áp trên 2 bản cực sẽ vẫn bằng U = Q/C. Nếu ta nối tụ với mạch ngoài, ví dụ 1 cái điện trở R, các điện tích (điện tử trên bản cực -) sẽ chạy qua điện trở về bản +, làm Q giảm dần theo quy luật hàm mũ, đường cong U(t) có dạng của đoạn sau của xung răng cưa. Thời hằng t=RC cho thấy sau t, điện áp trên tụ giảm còn 1/3... Và cũng như nạp, với R khác 0, tụ điện không bao giờ xả hết được vì sau mỗi khoảng thời gian t, điện lượng trong tụ (và do đó, điện áp trên tụ) vẫn còn lại 1/3 lượng còn lại trước đó.
- Như vậy không có dòng qua tụ mà chỉ có dòng ngoài do sự phóng nạp của tụ.
- Với 3 bản cực: Coi như 2 tụ nối tiếp nhau. Cứ thế suy ra.
- Sự biến thiên của dòng và áp: Như trên đã nói.
- Sự biến thiên của "nội trở": bạn lấy du/di sẽ có nội trở của tụ tại từng thời điểm. Khi tụ rỗng, dòng nạp lớn vì mức tăng điện áp là mạnh (từ 0 đến 2U/3 trong khoảng thời gian t), sau đó nội trở tăng dần thể hiện ở chỗ dòng nạp giảm dần. Khi xả, nội trở của tụ coi như nội trở r của nguồn E = Q/C. Khi tụ đây, nội trở coi như bằng 0; khi Q giảm thì E giảm tức nội trở tăng lên.

Đó là vài kiến thức ban đầu về tụ điện mà tôi còn nhớ khi đọc thảo luận của Hiếu Tri và Bất Tri trong cuốn "Radio, thật là đơn giản". Tiếc là sách quí cho mượn, ngu quá, mất rồi nên có thể những điều trên không chính xác "như sách".

Có lẽ vẫn còn nhiều sai sót, mong quý vị lượng thứ. Đa tạ.

[superhieu1]

em cảm ơn anh HTTTTH, giờ em đã rõ hơn, nhưng còn cái phần 2 tụ nt nhau(coi như 3 cực) thì nếu cho 2 tụ rỗng, nt R vào nguồn(+ đến R đến 2 tụ) thì cục mắc với R sẽ là điện tích +, cái cục dưới cùng là điện tích -, 2 cái cực giữa bằng nhau về điện tich??? và điện tích nó ntn, trường hợp 2 tụ bằng nhau, khác nhau về C ạ???

cái nữa là trong mạch khuếch đại âm thanh, ngta hay cho tụ nt vào input để lọc bỏ tín hiệu DC, cho ac âm tần vào, vậy dòng nó có chạy qua tụ hay ko ạ??? nếu tụ ko có dòng qua thì làm sao nó so với mass đc ạ???

[HTTTTH]

Bạn chưa đọc kỹ rồi:
- Không có dòng qua tụ mà chỉ có dòng ngoài do sự phóng nạp của tụ.
- Với 2 tụ nối tiếp nhau. Ta đánh dấu các bản cực từ trên xuống dưới: 1, 2, 3, 4.
Tụ đang rỗng. Cực 1 nối +. Do cảm ứng -> cực 2 mang điện tích -. Điện tích âm từ bản 3 tập trung hết vào bản 2 -> Bản 3 mang điện tích + -> Bản 4 mang điện tích -, do các điện tử từ cực âm nguồn tập trung tới.
* Trong trường hợp 3 bản cực: Điện tích trên bản nằm giữa như thế nào, bạn suy nghĩ xem ? Có 2 trường hợp: bản ở giữa nằm chính giữa 2 bản và bản ở giữa nằm không chính giữa (về khoảng cách; điều kiện các bản cực song song nhau). Từ đó phát triển thêm: Các bản cực không song song... Suy luận một hồi sẽ thấy rất thú vị đấy chứ nhỉ?
- Nếu 2 tụ có C khác nhau (C1 và C2) nối tiếp, chúng phải có cùng 1 điện lượng Q (định luật bảo toàn điện tích). Do đó U phân bố khác nhau trên các tụ và tỷ lệ nghịch với C để đảm bảo C1U1 = C2U2 = Q.
- Nhắc lại là không có dòng điện (kể cả 1 chiều và xoay chiều) "đi qua" tụ mà chỉ có dòng xoay chiều ở mạch ngoài. Dòng này chảy qua điện trở lối vào (=dòng phóng nạp của tụ) -> Sinh ra điện áp xoay chiều trên điện trở đó, điện áp này chính là tín hiệu cần theo dõi.

[superhieu1]

Tụ đang rỗng. Cực 1 nối +. Do cảm ứng -> cực 2 mang điện tích -. Điện tích âm từ bản 3 tập trung hết vào bản 2 -> Bản 3 mang điện tích + -> Bản 4 mang điện tích -, do các điện tử từ cực âm nguồn tập trung tới.

em cũng chưa rõ chỗ này, do 2 và 3 nối nhau, nên áp phải như nhau chứ(hiệu điệ thế =0v) như bác Mod thì mình đo nó lại có hiệu điện thế?

[HTTTTH]

Bổ sung thêm:
- Trong phân tích AC, chân nguồn (B = battery) và chân GND luôn nối với nhau qua tụ hóa lọc nguồn có điện dung lớn. Nên B và GND được coi như nối với nhau về mặt xoay chiều. Khi đó dù không có điện trở nối GND thì về mặt xoay chiều, tín hiệu vẫn được coi là so với GND.
- Trong mạch khuếch đại tín hiệu xoay chiều tần số cao, cần có thêm một tụ không phân cực (thường được khuyến cáo dùng tụ gốm) mắc song song với tụ hóa để lọc, để đảm bảo lọc gợn cao tần tốt hơn.
Lý do: Tụ hóa, tụ mylar, tụ PP... được cấu tạo từ bản cực quấn lại như quả pháo -> tồn tại cảm kháng ký sinh. Tần số càng cao, cảm kháng càng lớn -> Hiệu quả lọc gợn càng kém.

[HTTTTH]

em cũng chưa rõ chỗ này, do 2 và 3 nối nhau, nên áp phải như nhau chứ(hiệu điệ thế =0v) như bác Mod thì mình đo nó lại có hiệu điện thế?

Cái này trả lời cho điều đó:
Nếu 2 tụ có C khác nhau (C1 và C2) nối tiếp, chúng phải có cùng 1 điện lượng Q (định luật bảo toàn điện tích). Do đó U phân bố khác nhau trên các tụ và tỷ lệ nghịch với C để đảm bảo C1U1 = C2U2 = Q.
Bạn sẽ tính được hiệu điện thế giữa các cực 2 và 3 ?
Các bản 2 và 3 nối với nhau, ta hiểu là R23 = 0. Dòng nạp/ phóng là i. Hiệu điện thế giữa 2 và 3 là u = i x R23 = i x 0 = ?

[superhieu1]

à, vậy có phải là khi tụ nạp va xả ta coi như 2 bản cực "dính" nhau phải ko ạ?

[superhieu1]

Cái này trả lời cho điều đó:
Nếu 2 tụ có C khác nhau (C1 và C2) nối tiếp, chúng phải có cùng 1 điện lượng Q (định luật bảo toàn điện tích). Do đó U phân bố khác nhau trên các tụ và tỷ lệ nghịch với C để đảm bảo C1U1 = C2U2 = Q.
Bạn sẽ tính được hiệu điện thế giữa các cực 2 và 3 ?
Các bản 2 và 3 nối với nhau, ta hiểu là R23 = 0. Dòng nạp/ phóng là i. Hiệu điện thế giữa 2 và 3 là u = i x R23 = i x 0 = ?

dạ, vậy em hieu là tụ khác nhau về C thì điện áp giữa cũng lệch theo, vậy nếu 1 cái C to, 1 cái C nhỏ thì cái C nhỏ sẽ đầy trước, và dòng nạp coi như hết, vậy áp cực giữa lúc này có nằm giữa ko ạ?

[HTTTTH]

Thì đây nè:
Nếu 2 tụ có C khác nhau (C1 và C2) nối tiếp, chúng phải có cùng 1 điện lượng Q (định luật bảo toàn điện tích). Do đó U phân bố khác nhau trên các tụ và tỷ lệ nghịch với C để đảm bảo C1U1 = C2U2 = Q.

C1U1 = C2U2 = Q -> C1/C2 = U2/U1
Do đó, nếu C1> C2 thì U1 < U2.

Ví dụ: U1 + U2 = 100V
C1 = 0,1uF; C2 = 0,05uF
Tính ra ta có U1 = 33V; U2 = 67V (làm tròn)

Câu hỏi của bạn là một ý phản biện rất thú vị: "nếu 1 cái C to, 1 cái C nhỏ thì cái C nhỏ sẽ đầy trước, và dòng nạp coi như hết, vậy áp cực giữa lúc này có nằm giữa ko ạ?"
Câu trả lời là không: Dòng nạp I, thời gian t là như nhau đối với cả 2 tụ nối tiếp; vì cũng như điện trở nối tiếp, dòng trong mạch là không khác nhau. t = Q/I nên cũng không khác nhau. Do đó tụ "to" được nạp một điện lượng đúng bằng điện lượng mà tụ "nhỏ" được nạp, chứ không phải tụ nhỏ được nạp đầy trước, mà điện áp U trên nó sẽ tăng lên để "hưởng trọn" lượng điện tích Q đó.
Cái này lại liên quan đến "nội trở" của tụ khi phóng nạp rồi... và đây là 2 "nội trở" mắc nối tiếp. Bạn áp dụng mấy công thức liên hệ giữa Q , U , I... sẽ được: Q=CU; I = dQ/dt còn "nội trở" phải được tính bằng du/di nhé.
Chúc vui vẻ trong buổi picnic cuối tuần

[HTTTTH]

Ta thử hình dung từ một hiện tượng trực quan: điện lượng như nước, tụ như cái bình chứa, điện áp như độ cao của cột nước. Điện tích từ nguồn cấp giống như nước bơm từ nguồn.
Vậy khi đó, điện dung sẽ tương ứng với diện tích đáy bình.
Ở đây, ta có những cái bình có hình trụ. Cùng 1 lượng nước, đáy bình nhỏ thì cột nước cao.
Cùng Q, C càng nhỏ thì U càng lớn (trường hợp mắc nối tiếp).
và ngược lại, cùng U, C càng nhỏ thì Q càng nhỏ (trường hợp mắc song song).
C là đại lượng đặc trưng của tụ (như tiết diện của bình chứa), là giá trị không thay đổi đối với từng cái tụ, còn Q và U thay đổi được và chúng tỷ lệ thuận với nhau

[superhieu1]

dạ vâng, rất cám ơn bác, em đã hiểu, nhất là cái C1U1 = C2U2 = Q đã rõ, cám ơn bác, nếu bác có ở gần tphcm, mời bác cùng đi 1 bữa cho vui ạ!