Tụ Điện
Sơ lược về tụ điện:
Tụ điện là một trong những linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến. Linh kiện điện tử thụ động là những linh kiện không cần nguồn cấp năng lượng để duy trì khả năng hoạt động của chính nó. Có 4 loại linh kiện thụ động là: điện trở, tụ điện, cuộn cảm và diot.
Bên trong tụ điện là 2 bề mặt dẫn điện (2 bản tụ) được đặt cách điện với nhau, môi trường giữa 2 bản tụ này được gọi là điện môi (môi trường không dẫn điện). Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh...
Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron (điện tích âm). Khi điện áp đặt vào 2 bản tụ là điện áp xoay chiều hay có sự biến đổi điều hòa, sự tích luỹ điện tích này bị chậm pha so với điện áp, tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều cũng như các mạch giao động. Nhờ đặc tính này, tụ điện được ứng dụng trong các mạch dao động, truyền phát sóng vô tuyến,...
Như đã nói ở trên, tụ điện có khả năng tích trữ điện tích âm do đó nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Vì vậy, ta có thể xem tụ điện như một nguồn điện. Năng lượng trong tụ điện là năng lượng điện trường, lực điện trường đóng vai trò là lực lạ như trong nguồn điện thông thường.
Các thông số kĩ thuật của tụ điện:
Điện dung
Đặc trưng cho khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện. Đơn vị điện dung của tụ điện là Fara (F). 1 Fara được định nghĩa là điện dung của một tụ điện có thể được nạp đầy bởi dòng điện có hiệu điện thế 1V, cường độ dòng điện 1A trong thời gian 1 giây.
Quy đổi về mặt trữ lượng: 1 F = 1 A x 1 V x 1 giây = 1A x 1V x 1/3600 giờ = 0.278 mWh.
Một viên pin của các dòng smartphone hiện nay có dung lượng khoảng 5-10 Wh, của máy tính bảng là khoảng 15 - 30 Wh còn của laptop là khoảng 40-100 Wh.
Trên thực tế những tụ điện có điện dung hàng Fara thường đã được xếp vào loại siêu tụ điện. Đa phần các tụ điện chỉ có điện dung nằm trong hàng từ picofara (pF), nanofara (nF) đến micrôfara (µF), minifara (mF).
Chú ý:
1 F = 103 mF = 106 µF = 109 nF = 1012 pF.
Điện áp đánh thủng của tụ điện (điện áp làm việc):
Là điện áp làm việc tối đa của tụ điện. Khi điện áp vượt quá ngưỡng giới hạn này, lực điện trường trong tụ điện sẽ đủ mạnh để làm các electron từ một bản tụ bức ra, bay xuyên qua lớp điện môi đến bản tụ còn lại. Quá trình này làm chất điện môi giữa 2 bản tụ trở thành chất dẫn điện, và người ta gọi quá trình đó là đánh thủng điện môi hay tụ điện bị đánh thủng.
Trên thực tế, điện áp đánh thủng của tụ nên có trị số lớn hơn điện áp mà nó phải chịu lúc làm việc, tốt nhất là gấp 1.5 lần trở lên để đảm bảo an toàn.
Các giá trị phổ biến của điện áp đánh thủng: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V, 250V, 280V, 300V, 400V,...
Có một sự thật là mặc dù cùng một mức điện dung nhưng điện áp đánh thủng lại tỉ lệ thuận với kích thước của tụ.
Phân loại tụ điện:
Trên đây là 3 loại tụ điện cơ bản mà một người nghiên cứu Arduino nên biết phân loại theo tính chất vật lí - hóa học. Ngoài ra người ta còn phân loại tụ điện theo cấu tạo, đặc tính lớp điện môi, điện áp làm việc, tần số làm việc, ...
Tụ phân cực:
Là các loại tụ có phân biệt rõ 2 cực âm - dương quy định chiều dòng điện vào/ra tụ. Cản thận nhé vì nếu nối sai cực, bạn có thể làm nổ tụ. Tụ phân cực thường được gọi là tụ hóa hay tụ tantalium (tantan) - nguyên lí hoạt động dựa trên các phản ứng hóa học.
Tụ hóa thường có điện dung lớn cỡ hàng µF trở lên, làm việc trong các mạch có tần số thấp hay cường độ dòng điện lớn, thông số kĩ thuật được ghi trực tiếp lên thân tụ. Ta có thể tìm thấy loại tụ này trong các mạch lọc nguồn, mạch chỉnh lưu.
Cách xác định cực tính của tụ hóa: khi mới mua dề thì chân ngắn là chân âm chân dài là chân dương và phân biệt bằng một số dấu hiệu khác.
Trong board arduino uno r3 có sử dụng 2 tụ hóa:
Kit tự học arduino.
Tụ không phân cực:
Nghe tên thế này thì khỏi cần giải thích rồi, bạn mắc tụ thế nào cũng được, chỉ cần chú ý đến điện áp đánh thủng của tụ là được. Loại tụ này thường là tụ giấy, gốm, mica,... và có điện dung khả nhỏ, từ vài micrôfara đến picofara.
Tụ không phân cực thường dùng trong các mạch tần số cao (mạch cao tần), lọc nhiễu,... hoặc mạch có cường độ dòng điện nhỏ. Các thông số ghi trên tụ thường là ghi tắt theo một quy ước định sẵn.
Cách đọc thông số của tụ không phân cực:
Một tụ có ghi: 333K - 100V - điện dung của tụ là C = 33 x 103 pF = 33 nF, điện áp đánh thủng là Umax - 100V. Chữ "K" biểu thị sai số của tụ (+/- 10%).
Một tụ có ghi: .022 K - 100V - điện dung của tụ là C = 0.022 µF = 22 nF (sai số +/- 10%), điện áp đánh thủng Umax = 100V
Một tụ có ghi: 104 - điện dung của tụ là C = 10 x 104 pF = 100 nF, chữ "j" (có lúc là "J") chỉ sai số điện dung là +/- 5%
Một tụ có ghi: 2A104j - điện dung của tụ là C = 10 x 104 pF = 100 nF, sai số điện dung +/- 5%, chữ "A" chỉ điện áp Umax = 100V
Một số linh kiện điện tử cơ bản khác:
+ Tụ điện.
+ Rơ le.
+ Pin.
+ Led.
