Tụ điện là một linh kiện quan trọng trong các mạch điện tử, trong đó tụ hóa sử dụng phổ biến nhờ khả năng tích trữ năng lượng lớn. Tụ hóa có vai trò quan trọng trong các mạch nguồn, đặc biệt là trong mạch chỉnh lưu cầu giúp làm phẳng điện áp và giảm nhiễu.
1. Tụ hóa là gì
Tụ hóa hay tụ điện hóa học là một loại tụ điện có phân cực, tức là nó có cực dương (+) và cực âm (-) rõ ràng. Tụ hóa thường có điện dung lớn, từ vài microfarad (µF) đến hàng nghìn microfarad, giúp lưu trữ năng lượng điện trong mạch.
Tụ hóa thường được sử dụng trong các mạch nguồn, mạch lọc nhiễu, mạch khuếch đại và mạch cấp nguồn cho vi mạch.
Ví dụ: Tụ hóa 1000µF 25V có thể lưu trữ năng lượng và duy trì điện áp ổn định trong mạch nguồn 25V.
2. Ký hiệu tụ hóa
Trong sơ đồ mạch điện, tụ hóa có ký hiệu đặc trưng nhằm phân biệt với tụ không phân cực.
Ký hiệu phổ biến
- Trong mạch điện tử tụ hóa được ký hiệu là C kèm theo số thứ tự (ví dụ C1, C2, C3…).
- Ký hiệu trên sơ đồ
- Một đầu có dấu (+) thể hiện cực dương.
- Một đầu có dấu (-) thể hiện cực âm.
- Biểu tượng giống hai tấm bản song song, trong đó một bản cong thể hiện cực âm.
3. Cấu tạo của tụ hóa
Tụ hóa được chế tạo bằng cách nhúng hai bản cực kim loại vào chất điện phân giúp tạo ra điện dung cao.
Cấu tạo gồm 3 phần chính
- Bản cực dương (+): Thường làm từ nhôm hoặc tantali, có lớp oxit mỏng đóng vai trò làm chất điện môi.
- Bản cực âm (-): Là dung dịch điện phân hoặc gel dẫn điện.
- Lớp vỏ bảo vệ: Là vỏ nhôm hoặc nhựa, bảo vệ tụ khỏi tác động môi trường.
Tụ hóa có hai dạng chính
- Tụ hóa nhôm: Phổ biến, giá rẻ, điện dung lớn.
- Tụ hóa tantali: Kích thước nhỏ, độ bền cao, ổn định hơn.
4. Tác dụng của tụ hóa trong mạch chỉnh lưu cầu
Mạch chỉnh lưu cầu dùng trong chuyển đổi dòng điện xoay chiều (AC) thành dòng điện một chiều (DC). Tuy nhiên điện áp sau khi chỉnh lưu có thể bị gợn sóng, không ổn định. Tụ hóa giúp làm phẳng điện áp đầu ra, cung cấp dòng điện DC ổn định cho tải.
Chức năng của tụ hóa trong mạch chỉnh lưu cầu
- Lọc nhiễu, giảm gợn sóng AC
- Sau khi đi qua mạch chỉnh lưu, điện áp vẫn có sóng gợn.
- Tụ hóa nạp điện khi điện áp tăng và xả điện khi điện áp giảm, giúp điện áp đầu ra ổn định hơn.
- Duy trì điện áp ổn định
- Khi dòng tải thay đổi, tụ hóa giúp ổn định điện áp đầu ra.
- Đặc biệt quan trọng trong các nguồn xung, bộ nguồn DC.
- Giảm nhiễu điện từ (EMI) trong mạch nguồn
- Hạn chế nhiễu gây ra bởi dao động điện áp từ bộ chỉnh lưu.
Ví dụ mạch chỉnh lưu cầu với tụ hóa
Giả sử ta có một bộ chỉnh lưu cầu gồm 4 diode và một tụ hóa 1000µF
- Nếu không có tụ hóa điện áp đầu ra có dạng gợn sóng.
- Nếu có tụ hóa điện áp đầu ra mượt hơn gần với DC chuẩn.
Lưu ý khi chọn tụ hóa cho mạch chỉnh lưu
- Điện áp định mức của tụ phải cao hơn 1,5 – 2 lần điện áp làm việc của mạch (ví dụ nếu mạch có điện áp 12V thì nên dùng tụ 25V).
- Điện dung càng lớn, điện áp đầu ra càng mượt nhưng không nên quá lớn vì có thể ảnh hưởng đến mạch nguồn.
Tụ hóa là linh kiện quan trọng trong điện tử, đặc biệt là trong mạch chỉnh lưu cầu, giúp làm phẳng điện áp, giảm nhiễu và ổn định nguồn DC. Chọn tụ hóa phù hợp sẽ giúp mạch hoạt động hiệu quả và bền bỉ hơn.