Ngày 31/05/2016 07:15:11 / Lượt xem: 17688 / Người đăng: biendt / Nguồn: tbe.vn

Kiến thức cơ bản và chức năng của các tụ gốm lọc nhiễu

Trong các mạch cơ bản, tôi muốn thảo luận về các tụ phân dòng. Bài viết này sẽ giải thích các chức năng và những giá trị mà bạn nên xem xét sử dụng tụ phân dòng.

Chức năng

Định nghĩa của một tụ phân dòng trong từ điển điện tử.

Tụ phân dòng: là tụ điện được sử dụng để phân dòng điện xoay chiều xung quanh mạch. Tụ điện có tác dụng ngăn cách cho điện áp xoay chiều đi qua và ngăn điện áp một chiều lại, do đó tụ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch về điện áp một chiều

Trong thực tế, hầu hết việc thiết kế các mạch kỹ thuật số như các mạch vi điều khiển được sử dụng trong dòng điện một chiều DC. Dòng điện một chiều DC cho thấy các biến đổi điện áp trong các mạch có thể gây ra nhiều vấn đề. Nếu có quá nhiều điện áp xoay chiều, mạch có thể hoạt động không chính xác. Dòng điện xoay chiều AC được tạo bởi điện áp dao động lên xuống. Chức năng của tụ phân dòng là để làm giảm tình trạng nhiễu sóng của dòng điện xoay chiều AC. Hay nói cách khác, các tụ phân dòng là một tụ lọc.

Trong biểu đồ bên trái, bạn có thể nhìn thấy hoạt động của điện áp gây nhiễu khi sử dụng một tụ phân dòng. Chú ý rằng sự khác biệt về điện áp là khá nhỏ (từ 5 đến 10 mV). Biểu đồ này thể hiện trong một phạm vi nhỏ từ 4,95 volt đến 5.05 volt. Như bạn thấy trong biểu đồ, nhiều âm thanh lạ từ nhiều nguồn khác nhau sẽ gây ra dao động điện áp được gọi là 'nhiễu điện'. Các đường màu xanh biểu thị cho mạch không có tụ phân dòng. Đường màu hồng biểu thị cho mạch có tụ phân dòng. Điện áp gây nhiễu có mặt trong hầu hết các mạch DC. Bạn có thể nhìn thấy ngay cả với các tụ phân dòng, và các điện áp bất thường, mặc dù nó có mức độ nhiễu nhỏ hơn. Các chức năng chính của các tụ phân dòng là để giảm nhiễu trong mạch. Quá nhiều đường gợn sóng có thể dẫn đến hỏng mạch và làm nhiễu âm thanh. Nhiễu điện thường xảy ra ngẫu nhiên hoặc đôi khi các thành phần khác trong mạch có thể gây ra nhiễu điện. Ví dụ, một relay (một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện. Nói là một công tắc vì rơ le có 2 trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua rơ le hay không) hoặc động cơ điện chuyển đổi thường có thể gây ra những dao động bất thường trong điện áp. Ví dụ như quá trình gợn sóng trong một hồ nước. Sử dụng càng nhiều dòng điện khác nhau thì hiệu ứng gây nhiễu càng nhiều.

Một câu hỏi được đặt ra là tại sao xảy ra vấn đề biến động nhỏ này? Có phải là điện áp không đủ? Câu trả lời phụ thuộc vào loại mạch bạn đang thiết kế. Nếu một động cơ điện một chiều được kết nối với một pin, hoặc đèn LED thì các dao động gợn sóng là không đáng kể. Tuy nhiên, nếu sử dụng cổng số (logic gate - tên gọi dùng chung các thiết bị điện tử số) sẽ tạo ra nhiều dao động và nhiễu điện có thể gây hỏng mạch.

Ảnh hưởng của điện áp gây nhiễu là gì?. Dựa trên lý thuyết cho chúng ta biết rằng điện áp là sự khác nhau giữa 2 điện thế. Điện áp có 2 loại điện áp một chiều và điện áp xoay chiều. Điện áp xoay chiều AC trong mạch chảy theo 1 chiều, rồi sau đó chảy theo chiều ngược lại và cứ tiếp tục đổi chiều như vậy. Điện áp DC là dòng điện chảy theo một hướng cố định, không hề thay đổi. Cường độ có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.

Hãy quan sát đồ thị trên bên phải. Đồ thị cho thấy 2 dòng điện áp gây nhiễu. Cũng giống như đồ thị trước, dòng màu xanh biểu thị cho các mạch mà không có tụ phân dòng, và dòng màu hồng biểu thị cho mạch có tụ phân dòng. Nhìn dọc theo trục đáy của đồ thị, bạn có thể trên đồ thị có 2 điểm là điểm số 2 và điểm số 5 của điện áp.

Nhìn vào biểu đồ dòng điện gây nhiễu, tại điểm số 2 thì dòng điện có một cường độ tương đối lớn đi theo một chiều. Ngược lại, điểm số 5 cho thấy điện áp và dòng điện đi theo một chiều khác.

Chú ý sự khác biệt các giá trị giữa việc có và không có tụ phân dòng. Biểu đồ thể hiện điện áp gây nhiễu điện và dòng điện xoay chiều. Bạn có thể thấy điện áp dao động như thế nào, và dòng điện đổi chiều như thế nào. Tụ điện cho dòng điện xoay chiều AC đi qua nhưng lại cản dòng điện một chiều DC (Khi nối điện áp xoay chiều AC với Tụ Điện trong một mạch khép kín , do có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt. Tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng cường độ, nhưng trái dấu. Còn điện áp một chiều DC thì điện thế không biến đổi theo thời gian hay tần số cho nên Tụ điện hoạt động như một điện trở).

Sự khác biệt về điện áp và dòng điện áp một chiều DC gây ra hỏng mạch.  Giả sử một cổng AND được giữ trạng thái nhất định bởi vì các chất bán dẫn tạo nên cổng đang ở trạng thái ổn định. Bóng bán dẫn làm việc khi các dòng điện một chiều DC qua cổng. Nếu dòng điện một chiều DC ngưng hoạt động, bóng bán dẫn sẽ ngắt. Nếu dòng điện nhiễu xảy ra, dòng điện chảy sai chiều thì cổng sẽ ngắt, và công suất sẽ thay đổi. Điều này có thể gây ra nhiều sai sót, bởi vì một cổng có thể được kết nối với nhiều cổng khác.

Tóm tắt, các tụ phân dòng được sử dụng để làm giảm độ gợn sóng của nguồn trong dòng điện xoay chiều AC của mạch một chiều DC. Bằng cách sử dụng tụ phân dòng, mạch một chiều DC sẽ không bị điện áp nhiễu và dòng nhiễu.

Sử dụng tụ phân dòng trên bảng điện

Hình ảnh một tụ trên bảng điện

Trên các tạp chí và sách, nhiều mạch điện đã được gỡ tụ phân dòng. Nó chỉ cho bạn biết cách lắp ghép. Những lần khác, bạn sẽ thấy một vài tụ điện được nhìn thấy ở bên góc của đồ thị mà không có chức năng rõ ràng. Đây thường là tụ phân dòng (hoặc tụ lọc). Ở bất kỳ mạch cảm biến kỹ thuật số, bạn cũng sẽ tìm thấy một tụ phân dòng.

Trong một số các mạch điện đơn giản, để đơn giản hóa trong quá trình tính toán hay thay thế tương đương thì chúng ta thường thay thế một tụ điện bằng một dây dẫn khi có dòng xoay chiều đi qua hay tháo tụ ra khỏi mạch khi có dòng một chiều trong mạch. Điều này khá là cần thiết khi thực hiện tính toán hay xác định các sơ đồ mạch tương đương cho các mạch điện tử thông thường.

Vậy thì cái gì trong tụ phân dòng mới quan trọng? Theo nguyên tắc ngón tay cái mỗi vi mạch trên bảng mạch cần có tụ phân dòng riêng. Trong thực tế, tụ phân dòng cần được kết nối trực tiếp đến các chân dương (VCC) và chân âm (GND). Đây mới là điều quan trọng nhất. Bạn có thể tạo nên bảng mạch nếu sử dụng ổ cắm DIP (chân cắm) có tụ phân dòng . Bạn cũng có thể lắp nhiều tụ trong bảng mạch.

Nơi thích hợp nhất để lắp tụ phân dòng là bộ nối nguồn. Khi bạn muốn ngắt dòng điện trong bảng mạch hoặc dây dẫn, bạn nên lắp tụ phân dòng. Bất kỳ dây dẫn nào cũng có chức năng như một ăng-ten. Nó sẽ bị nhiễu điện từ trường. Nên đặt tụ phân dòng trên cả hai đầu của dây dẫn.

Các loại tụ điện rất quan trọng. Bạn nên sử dụng một tụ điện gốm nguyên khối. Vì chúng nhỏ, rẻ, và có sẵn. Nên sử dụng tụ .1uF 50Volt + -20% với 0,1 "hoặc 0,2" khoang.Gía trị .01uF vẫn được chấp nhận . Tránh tụ điện áp lớn vì chúng có tải trọng quá lớn. Tụ điện không thích hợp làm tụ dẫn dòng vì nó có giá trị điện dung lớn hơn và không đáp ứng được khi thay đổi tần số cao.

Tần số của gợn sóng đóng vai trò trong việc lựa chọn giá trị tụ điện. Quy tắc ngón tay cái, khi các tần số gợn sóng cao thì cần tụ phân dòng nhỏ. Nếu tần số quá cao trong mạch, bạn có thể lắp 2 tụ song song, với một tụ có giá trị lớn, một tụ có giá trị nhỏ. Nếu gợn quá phức tạp, bạn có thể lắp một vài tụ phân dòng. Mỗi tụ có một tần số không quá chênh lệch. Bạn có thể lắp thêm một tụ điện lớn hơn nếu biên độ tần số thấp.Ví dụ, mạch bên phải được sử dụng ba tụ điện song song có giá trị khác nhau. Mỗi  tụ sẽ hoạt động tốt ở các tần số khác nhau. Các tụ 4.7uF (C4) được cắm vào dips điện áp lớn mà có tần số tương đối thấp.Tụ C2 có thể xử lý các tần số tầm trung, và C3 sẽ xử lý các tần số cao hơn. Các tần số của tụ điện được xác định bởi điện trở và điện cảm bên trong của tụ

Tổng Kết

Tụ dẫn dòng giúp lọc nhiễu. Nó hoạt động bằng cách loại bỏ các dòng xoay chiều gây ra bởi sóng điện áp. Hầu hết các mạch kỹ thuật số có ít nhất 2 tụ dẫn dòng. Theo nguyên tắc ngón tay cái của bàn tay trái là thêm một tụ điện phân dòng cho mỗi mạch tích hợp trên bảng mạch. Giá trị mặc định cho một tụ phân dòng là 0.1uF. Tần số cao hơn đòi hỏi tụ điện có giá trị thấp hơn.