Một tụ điện biến đổi là một loại tụ điện có giá trị điện dung thay đổi được. Đây tụ điện bao gồm hai tấm trong đó diện tích ở giữa các tấm này được điều chỉnh đơn giản để thay đổi điện dung của tụ điện. Các tụ điện này có sẵn trong hai loại tụ điện không khí và tụ điện tông đơ. Nói chung, các tụ điện này được sử dụng đặc biệt trong Mạch LC để điều chỉnh tần số trong radio. Vì vậy, bài viết này thảo luận tổng quan về một trong những loại tụ điện biến đổi như tụ khí - làm việc và các ứng dụng của nó.
Tụ khí là gì?
Một Định nghĩa tụ điện là một tụ điện sử dụng không khí làm môi trường điện môi. Tụ điện này có thể được thiết kế ở dạng cố định hoặc điện dung thay đổi. Loại điện dung cố định không được sử dụng thường xuyên vì có các các loại tụ điện có sẵn với các đặc tính ưu việt trong khi loại điện dung thay đổi được sử dụng thường xuyên hơn do cấu tạo đơn giản của chúng.
Tụ điện không khí thường được chế tạo bằng hai bộ tấm kim loại hình bán nguyệt được ngăn cách qua không khí. vật liệu điện môi . Trong các tấm kim loại này, một bộ là vĩnh viễn & bộ còn lại được kết nối với một trục cho phép người vận hành xoay cụm để thay đổi điện dung khi được yêu cầu. Khi độ xen phủ giữa hai tấm kim loại càng lớn thì điện dung càng cao. Vì vậy, điều kiện điện dung cao nhất đạt được khi sự xen phủ giữa hai bộ tấm kim loại là cực đại trong khi điều kiện điện dung thấp nhất đạt được khi không có sự xen phủ. Để kiểm soát điện dung tốt hơn, điều chỉnh tốt hơn và tăng độ chính xác, các cơ cấu giảm tốc được sử dụng.
Tụ điện không khí có giá trị điện dung nhỏ trong khoảng từ 100 pF - 1 nF trong khi điện áp hoạt động nằm trong khoảng từ 10 đến 1000V. Điện áp đánh thủng của chất điện môi nhỏ hơn nên sự cố điện sẽ thay đổi trong tụ điện, do đó điều này có thể dẫn đến hoạt động bị lỗi của tụ điện không khí.
Cấu tạo và hoạt động của tụ điện không khí
Tụ điện có thể điều chỉnh được giống như tụ điện không khí bao gồm một loạt các tấm nhôm hình bán nguyệt quay trên đỉnh trục trung tâm được bố trí ở giữa một tập hợp các tấm nhôm cố định cách đều nhau. Tụ điện này có một lỗ khoan bên trong tâm của nó để đi qua một thanh điều khiển. Để điều khiển thanh này, các đĩa thay thế được kết nối để truyền nó tự do qua các đĩa khác, có nghĩa là bộ đĩa được phân tách hiệu quả thành hai nhóm cùng tạo thành hai vùng bản của tụ điện.
Khi các đĩa tụ điện có dạng bán nguyệt, thì việc quay bộ chuyển động làm cho lượng trong đó hai nhóm chồng lên nhau thay đổi trên diện tích toàn bộ bản. Khi điện dung của tụ điện này phụ thuộc vào toàn bộ diện tích tấm của nó, thì sự thay đổi trong khu vực có thể gây ra sự thay đổi tương đương trong điện dung của linh kiện, do đó người vận hành được phép sửa đổi giá trị của linh kiện theo ý muốn.
Khi các tấm nhôm chuyển động được xoay, và số lượng chồng chéo giữa các tấm tĩnh và tấm chuyển động sẽ bị thay đổi. Không khí ở giữa các bộ tấm này hoạt động giống như một chất điện môi hiệu quả giúp cách ly các tấm với nhau. Khi điện dung của tụ điện phụ thuộc vào kích thước chung của tấm, thì việc điều chỉnh này chỉ đơn giản là cho phép điều chỉnh giá trị của tụ điện.
Mạch tụ khí
Mạch tụ điện không khí đơn giản được hiển thị bên dưới. Tụ điện này sử dụng không khí làm chất điện môi và nó được thiết kế bằng cách sử dụng hai lá kim loại hoặc tấm kim loại kết nối song song với nhau với khoảng cách nhất định với nhau. Tụ điện lưu trữ năng lượng dưới dạng điện tích trên các bản cực.
Khi người ta đặt một hiệu điện thế vào tụ điện không khí để đo điện tích trên hai bản, thì tỉ số của điện tích 'Q' với hiệu điện thế 'V' sẽ cung cấp giá trị của điện dung cho tụ điện, do đó, nó được cho như C = Q / V. Phương trình này cũng có thể được viết để cung cấp công thức đo đại lượng điện tích trên hai bản như Q = C x V.
Một khi dòng điện được cung cấp vào tụ điện, sau đó nó sẽ tích điện, do đó trường tĩnh điện sẽ trở nên rất mạnh vì nó tích trữ nhiều năng lượng hơn ở giữa hai bản tụ điện.
Tương tự, khi dòng điện chạy ra khỏi tụ điện thì hiệu điện thế giữa hai bản tụ này sẽ giảm và trường tĩnh điện giảm khi năng lượng điện đi ra khỏi bản tụ. Vì vậy, điện dung là một trong những tính chất của tụ điện được dùng để lưu trữ điện tích trên hai bản của nó ở dạng trường tĩnh điện.
Giấy phép của tụ điện không khí
Cho phép có thể được định nghĩa là thuộc tính của mỗi vật liệu, nếu không thì phương tiện được sử dụng để đo điện trở chống lại sự hình thành điện trường. Nó được ký hiệu bằng chữ cái Hy Lạp ‘ϵ’ (epsilon) và đơn vị của nó là F / m hoặc farad trên mét.
Nếu chúng ta coi một tụ điện bao gồm hai bản cách nhau khoảng cách ‘d’, thì môi trường điện môi như không khí được sử dụng giữa hai bản này. Ở giữa hai bản của tụ điện, có các phân tử tạo thành mômen lưỡng cực điện. Lưỡng cực điện có nghĩa là một cặp điện tích trái dấu và bằng nhau. Ví dụ, một phân tử đơn lẻ bao gồm một điện tích dương ở một đầu và một điện tích âm ở một đầu khác, chúng cách nhau một khoảng như thể hiện trong hình sau.
Trong sơ đồ sau, các phân tử nói chung được sắp xếp ngẫu nhiên trong các bản tụ điện. Một khi chúng ta đặt một điện trường lên các tấm này bên ngoài thì các phân tử bên trong tụ điện tự xếp thành dòng theo cách tốt hơn được gọi là tính phân cực. Vì vậy, mômen lưỡng cực của chúng tạo ra điện trường của chính nó. Điện trường này chống lại điện trường tác dụng bên ngoài, do đó, nó trở nên giống như cực giống nhau của hai nam châm liên tục chống lại nhau.
Khi các phân tử tự xếp thành dòng hoặc chúng phân cực nhiều hơn, chúng chống lại điện trường bên ngoài mà chúng ta gọi là điện trường cho phép. Ở đây, phép đo điện trở được cung cấp bởi vật liệu hoặc phương tiện đối với điện trường bên ngoài.
Nếu độ cho phép của môi trường cao hơn, thì các phân tử của môi trường đó phân cực tốt hơn và do đó chúng cung cấp nhiều điện trở hơn đối với điện trường bên ngoài. Tương tự như vậy, nếu độ cho phép của môi trường thấp, thì các phân tử sẽ phân cực yếu, vì vậy chúng tạo ra ít điện trở hơn đối với điện trường bên ngoài.
Cho phép không phải là hằng số, vì vậy nó thay đổi theo các yếu tố khác nhau như nhiệt độ, độ ẩm, loại môi trường, tần số của trường, cường độ điện trường, v.v.
Độ cho phép đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định điện dung của tụ điện. Vì vậy, điện dung của tụ điện bản song song được tính bằng
C = ϵ x A / d
Ở đâu,
‘A’ là diện tích của một tấm duy nhất.
‘D’ là khoảng cách giữa hai bản tụ điện.
‘Ε’ là điện suất cho phép của môi trường ở giữa hai bản tụ điện.
Nếu bạn quan sát các tụ điện sau đây, điện dung cho phép có thể ảnh hưởng rõ ràng đến điện dung của tụ điện.
Trong hai tụ điện sau đây, chất điện môi dùng bên trái tụ điện là không khí. Vì vậy, khả năng cho phép tương đối của tụ điện không khí này là nhỏ> 1, tức là 1.0006.
Tương tự, ở tụ điện thứ hai, chất điện môi được sử dụng là thủy tinh. Vì vậy, khả năng cho phép của tụ điện này là khoảng 4,9 đến 7,5. Vì vậy, so với tụ điện không khí, tụ điện có chất điện môi bằng thủy tinh có điện suất cao hơn.
Vì vậy, vật liệu có điện dung thấp hơn sẽ cung cấp điện dung ít hơn và vật liệu có điện dung cao hơn sẽ cung cấp điện dung cao. Do đó, điện dung đóng một vai trò quan trọng trong việc quyết định giá trị điện dung.
Đặc điểm
Các đặc điểm của tụ điện không khí bao gồm những điều sau đây.
- Tụ điện không phân cực có nghĩa là các tụ điện này có thể được sử dụng an toàn trong các ứng dụng xoay chiều cho đến khi không vượt quá định mức điện áp cao nhất.
- Các tụ điện này có điện dung nhỏ nằm trong khoảng 100pF & 1nF.
- Điện áp hoạt động tối đa chủ yếu phụ thuộc vào kích thước vật lý của tụ điện.
- Điện áp làm việc cao cần có khoảng trống giữa hai tấm đủ để tránh sự đánh thủng điện của không khí.
- Độ bền điện môi của không khí kém hơn nhiều vật liệu khác, điều này làm cho các tụ điện này không thích hợp với điện áp cao.
Thuận lợi
Các lợi thế của tụ điện không khí bao gồm những điều sau đây.
- Nó có dòng điện rò rỉ ít hơn, có nghĩa là tổn thất hoạt động trong tụ điện này là tối thiểu, đặc biệt nếu độ ẩm không cao.
- Khả năng cách nhiệt cao.
- Ổn định tốt.
- Chúng có điện áp đánh thủng ít hơn.
- Hệ số tiêu tán thấp.
Các nhược điểm của tụ điện không khí bao gồm những điều sau đây.
- Tụ không khí có sẵn với kích thước lớn.
- Các tụ điện này có điện dung nhỏ hơn.
- Đây là những thứ đắt tiền.
- Nó chiếm nhiều không gian hơn so với các tụ điện khác.
Các ứng dụng
Các ứng dụng của tụ điện không khí bao gồm những điều sau đây.
- Tụ điện này thường được sử dụng trong mạch cộng hưởng, LC, cần thay đổi điện dung. Này
- mạch bao gồm bộ chỉnh sóng vô tuyến, bộ trộn tần số & các thành phần kết hợp trở kháng cho bộ chỉnh ăng ten.
- Chúng được sử dụng bình thường ở những nơi cần thiết có điện dung điều chỉnh được như mạch cộng hưởng.
- Tụ điện này được sử dụng để điều chỉnh các mạch vô tuyến và cả trong các mạch ở những nơi cần ít tổn thất hơn.
Vì vậy, đây là một cái nhìn tổng quan về một không khí tụ điện - làm việc với các ứng dụng. Các tụ điện này được làm bằng nhôm và chúng hoạt động tốt trong từ trường rất mạnh. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, chất điện môi trong tụ điện là gì?
