Tìm hiểu về tụ hóa

Tụ hóa là gì

Tụ hóa hay còn gọi là tụ điện phân (tiếng Anh là electrolytic capacitor) là một tụ điện phân cực có anode hay bản cực dương được làm bằng kim loại tạo thành một lớp oxit cách điện. Lớp oxit này hoạt động như điện môi của tụ điện. Chất điện phân rắn, lỏng hoặc gel bao phủ bề mặt của lớp oxit này, đóng vai trò là (cathode) hay bản cực âm của tụ điện. Do lớp oxit điện môi rất mỏng và bề mặt anode mở rộng, các tụ hóa có điện dung và điện áp cao hơn nhiều so với tụ gốm hoặc tụ phim. Có 3 nhóm tụ hóa: tụ hóa nhôm, tụ hóa tantali và tụ hóa niobi.

Ký hiệu của tụ hóa

Ký hiệu có một đường cong chỉ ra rằng tụ điện được phân cực. Đường cong đại diện cho cực âm của tụ điện, nên ở điện áp thấp hơn cực dương. Dấu cộng cũng có thể được thêm vào cực dương của ký hiệu tụ hóa.

Xem hình bên dưới

Cấu tạo và tính chất của tụ hóa

Tụ nhôm được làm bằng hai lá nhôm và một miếng đệm giấy ngâm trong chất điện phân. Một trong hai lá nhôm được phủ một lớp oxit, và lá đó hoạt động như một cực dương, trong khi lá không phủ lớp oxit đóng vai trò là cực âm. Trong quá trình hoạt động, cực dương gắn điện áp dương so với cực âm, đó là lý do tại sao cực âm thường được đánh dấu bằng dấu trừ dọc theo thân của tụ điện. Cực dương, giấy ngâm chất điện phân và cực âm được xếp chồng lên nhau. Tất cả được cho vào một lớp vỏ hình trụ và nối với mạch điện bằng chân. Có hai hình dạng phổ biến là: tụ dạng trục và dạng xuyên tâm. Tụ hình trục có một chốt trên mỗi đầu hình trụ, trong khi ở dạng xuyên tâm, cả hai chân đều nằm trên cùng một đầu của hình trụ.

Tụ hóa có điện dung lớn hơn hầu hết các loại tụ điện khác, thường là 1µF đến 47mF. Ngoài ra còn có một loại tụ điện đặc biệt, được gọi là tụ điện hai lớp hoặc siêu tụ điện, có điện dung có thể đạt tới hàng ngàn farad. Điện dung của tụ nhôm được quyết định bởi một số yếu tố, chẳng hạn như độ dày của chất điện phân. Điều này có nghĩa là tụ có kích thước lớn thì điện dung lớn.

Đáng nói hơn, các tụ hóa sử dụng công nghệ cũ sẽ có thời hạn sử dụng ngắn, thường chỉ là một vài tháng. Nếu không sử dụng, lớp oxit sẽ bị hỏng và phải làm lại. Để làm lại lớp oxit, có thể nối tụ điện với một nguồn điện áp thông qua một điện trở và từ từ tăng điện áp cho đến khi lớp oxit được xây dựng lại hoàn toàn. Tụ hóa hiện đại có thời hạn sử dụng từ 2 năm trở lên. Sau thời gian đó phải làm lại bằng cách trên để tiếp tục sử dụng.

Ứng dụng của tụ hóa

Có một số ứng dụng không quan tâm nhiều đến dung sai và phân cực xoay chiều, nhưng yêu cầu giá trị điện dung lớn. Vì thế tụ hóa thường được sử dụng như thiết bị lọc trong các nguồn cung cấp năng lượng để giảm nhiễu điện áp (voltage ripple). Khi được sử dụng trong việc chuyển đổi nguồn điện, tụ hóa thường là thành phần quan trọng đối với tuổi thọ của nguồn điện, vì vậy người ta thường sử dụng các tụ điện chất lượng cao.

Tụ hóa cũng có thể được sử dụng trong việc làm mịn tín hiệu đầu vào và đầu ra, sử dụng như một bộ lọc thông thấp nếu tín hiệu là tín hiệu một chiều. Tuy nhiên, tụ hóa không hoạt động tốt với các biên độ lớn và tín hiệu tần số cao. Trong các ứng dụng như vậy, các tụ điện ESR thấp phải được sử dụng để giảm tiêu hao và tránh quá nhiệt.

Một ví dụ thực tế là sử dụng tụ hóa làm bộ lọc trong các bộ khuếch đại âm thanh mà mục tiêu chính của nó là làm giảm tiếng ồn, vì tiếng ồn ở tần số 50Hz hoặc 60Hz gây ra từ nguồn điện có thể nghe được nếu khuếch đại lên.