Tụ bypass là gì

Tụ bypass là gì

Tụ bypass hay bypass capacitor là tụ điện có chức năng làm ngắn tín hiệu AC xuống đất, để loại bỏ mọi nhiễu AC có thể có trên tín hiệu DC, tạo ra tín hiệu DC sạch và tinh khiết hơn nhiều.

Tụ bypass về cơ bản bỏ qua nhiễu AC có thể có trên tín hiệu DC, lọc ra AC, để tín hiệu DC sạch, tinh khiết đi qua mà không có bất kỳ gợn AC nào.

Ví dụ, khi bạn muốn một tín hiệu DC thuần túy từ nguồn điện.

Dưới đây là một mạch transistor. Transistor là một thiết bị chủ động, vì vậy để hoạt động, nó cần nguồn điện một chiều. Nguồn điện này là VCC. Trong trường hợp này, VCC bằng 15V.

15V này cung cấp điện cho transistor để nó có thể khuếch đại tín hiệu. Chúng ta muốn tín hiệu này là DC thuần túy nhất có thể. Mặc dù chúng ta nhận được điện áp DC, VCC, từ nguồn điện một chiều, điện áp không phải lúc nào cũng hoàn toàn là DC. Trên thực tế, nhiều khi điện áp rất nhiễu và chứa nhiều gợn sóng AC trên đó, đặc biệt là ở tần số 60Hz vì đây là tần số mà tín hiệu AC chạy ở nhiều nước.

Vì vậy, mặc dù chúng ta muốn tín hiệu DC thuần túy.

Nhưng sẽ có nhiều lần, chúng ta nhận được tín hiệu nhiễu.

Tín hiệu DC như thế này rất phổ biến. Điều này là không mong muốn vì nó làm tăng thêm nhiễu cho mạch transistor. Do đó, tín hiệu DC nhiễu này sẽ được áp dụng cho tín hiệu AC. Vì vậy, tín hiệu AC có thể có nhạc hoặc một số loại ghi âm bây giờ sẽ có nhiều tiếng ồn hơn.

Tiếng ồn này trên tín hiệu là gợn sóng AC. Nhiều khi sử dụng nguồn điện DC kết nối với ổ cắm điện AC, nó sẽ có một số nhiễu AC chuyển sang điện áp nguồn DC. AC gợn sóng cũng có thể xuất hiện từ các nguồn khác, vì vậy ngay cả pin cũng có thể tạo ra tiếng ồn.

Để loại bỏ gợn sóng AC này, chúng ta sử dụng một bypass capacitor. Vì vậy, mạch transistor của chúng ta ở trên sẽ có một tụ bypass được thêm vào nó:

Tụ điện là một thiết bị cung cấp điện trở cực kỳ cao cho các tín hiệu có tần số thấp. Do đó, các tín hiệu ở tần số thấp sẽ không đi qua nó. Điều này là do tín hiệu (dòng điện) luôn đi theo con đường có ít điện trở nhất. Do đó, thay vào đó, chúng sẽ đi qua điện trở, RE. Hãy nhớ, một lần nữa, điều này dành cho tín hiệu tần số thấp, về cơ bản là tín hiệu DC.

Tuy nhiên, tụ điện cung cấp điện trở ít hơn nhiều ở tần số cao hơn (tín hiệu AC). Vì vậy, tín hiệu AC sẽ đi qua tụ điện và sau đó đến đất. Do đó, tín hiệu DC sẽ đi qua điện trở, RE, trong khi tín hiệu AC sẽ đi qua tụ điện, được nối đất. Vì vậy, các tín hiệu AC được nối đất. Đây là cách chúng ta có tín hiệu DC sạch trên mạch, trong khi nhiễu AC áp đặt lên nó được chuyển xuống đất.

Vì vậy, bypass capacitor chặn DC xâm nhập vào nó bởi điện trở lớn mà nó cung cấp cho tín hiệu nhưng chấp nhận nhiễu AC có thể có trên đường DC và tắt hoặc chuyển nó xuống đất. Đây là cách hoạt động của tụ bypass.

Cách chọn giá trị của tụ bypass

Bây giờ bạn đã biết khái niệm về bypass capacitor là gì, bước tiếp theo là biết cách chọn giá trị của tụ bypass.

Và việc chọn giá trị khá đơn giản.

Giá trị của bypass capacitor ít nhất phải bằng 1/10 điện trở trên điện trở của cực phát, RE ở tần số thấp sẽ bị bỏ qua.

Bởi vì tụ điện là thiết bị phản kháng, nó có điện trở khác nhau đối với tín hiệu dựa trên tần số của tín hiệu. Đây được gọi là điện trở của tụ điện, có thể được coi là điện trở mà nó cung cấp. Chúng ta muốn tụ điện có 1/10 khả năng chống lại dòng điện so với điện trở cung cấp cho tín hiệu tần số mà chúng ta muốn bỏ qua.

Nếu bạn hình dung dòng điện di chuyển qua transistor, nó có thể đi theo một trong 2 đường khi nó đi qua cực góp và di chuyển qua cực phát. Dòng điện có thể đi qua điện trở, RE hoặc dòng điện có thể chạy qua tụ bypass. Dòng điện luôn đi theo con đường có ít điện trở nhất. Do đó, dòng điện sẽ đi theo đường của điện trở thấp hơn. Đây là lý do tại sao bạn muốn giá trị của điện trở của bypass capacitor ít nhất bằng 1/10 giá trị của điện trở cực phát hoặc thậm chí tốt hơn, nhỏ hơn 1/10. Chúng ta muốn dòng điện xoay chiều chạy qua con đường có điện trở nhỏ nhất là tụ bypass nếu chọn đúng giá trị.

Tuy nhiên, tín hiệu DC không xem nó là AC. Đối với DC, tụ điện có điện trở vô hạn. Vì vậy, DC sẽ tự động đi qua điện trở RE, cung cấp điện trở thấp hơn nhiều so với điện trở vô hạn của tụ điện.

Còn AC không thấy điện trở vô hạn của tụ điện. Nếu chúng ta chọn đúng giá trị cho tụ điện, chúng ta có thể làm cho tụ điện có điện trở xuống đất thấp hơn nhiều, do đó làm ngắn tín hiệu AC xuống đất.

Hãy xem qua một ví dụ thực tế về cách chọn giá trị bypass capacitor.

Giả sử chúng ta muốn bỏ qua tần số thấp nhất có thể là 50Hz, bởi vì tần số của điện áp xoay chiều trên toàn thế giới là 50-60Hz. Do đó, tần số này có thể là một vấn đề rất lớn vì thường có gợn sóng AC ở tần số này.

Chúng tôi chia tách giá trị của tụ điện bỏ qua dựa trên tần số thấp nhất mà chúng ta muốn bỏ qua. Vì vậy, bằng cách chọn tần số 50Hz, điều này sẽ chặn các tần số từ 50Hz trở lên; vì vậy nó bao gồm 60Hz. Khi tần số của tín hiệu xoay chiều AC tăng, điện trở của tụ điện giảm và giảm theo mỗi lần tăng. Do đó, tất cả các tần số trên giá trị tần số mà chúng ta chọn sẽ bị bỏ qua ngày càng dễ dàng hơn. Chúng ta sẽ chứng minh tất cả điều này bằng toán học.

Chúng ta quyết định muốn bỏ qua tín hiệu AC 50Hz hoặc cao hơn để nối đất.

Giá trị điển hình của một điện trở cực phát là 400-500 Ω. Điện trở được giữ ở mức thấp để độ lợi trên transistor không bị giảm quá nhiều.

Vì vậy, giả sử chúng tôi chọn một điện trở cực phát 470 Ω.

Điều này có nghĩa là chúng ta muốn điện trở của tụ điện bằng một phần mười của 470 Ω hoặc thấp hơn, là 47 Ω hoặc thấp hơn. Vì vậy, đây là mục tiêu của chúng ta.

Công thức cho cảm kháng của tụ điện là, XC = 1 / 2πfc = 1/2 (3,14) (50Hz) (C) = 47Ω. Tìm giá trị điện dung, C, chúng ta nhận được giá trị xấp xỉ 67μF. Vì vậy chúng ta cần một tụ điện ít nhất là 67μF để có điện trở bằng 1/10 giá trị của điện trở 470Ω.

Vì không có tụ điện 67μF, chúng tôi có thể làm tròn lên đến 100μF, sẵn có và dễ kiếm. Điều này thậm chí còn tốt hơn, bởi vì với điện dung lớn hơn, tụ điện cung cấp khả năng chống lại tín hiệu AC ít hơn. Nếu chúng ta đựa giá trị tụ điện 100μF vào cùng công thức điện trở của tụ điện, chúng ta nhận được XC = 1 / 2πfc = 1/2 (3,14) (50Hz) (100μF) = 31,8Ω. Đây là mức thấp hơn nhiều so với 1/10 của điện trở 470Ω mà chúng ta mắc song song. Vì vậy, nó sẽ hoạt động hiệu quả để làm ngắn tất cả các tín hiệu AC 50Hz hoặc cao hơn xuống đất để làm sạch tín hiệu DC.

Ngay cả khi bạn muốn, bạn có thể tăng điện dung nhiều hơn để cho phép tín hiệu ít nhiễu AC hơn. Nhưng điều này sẽ không được thực hiện vì lý do hạn chế về chi phí và kích thước. Kích thước của tụ điện càng lớn thì giá mỗi đơn vị càng cao. Ngoài ra, kích thước của tụ điện càng lớn thì càng chiếm không gian. Do đó, nếu một công ty đang thiết kế một sản phẩm, kích thước của tụ điện có thể là một vấn đề. Các công ty muốn các sản phẩm càng nhỏ và ngắn gọn càng tốt. Vì vậy các tụ điện có giá trị lớn hơn không phải lúc nào cũng được chọn, nhưng về mặt lý thuyết, chúng sẽ làm tăng độ tinh khiết của tín hiệu DC, bằng cách cho phép nhiều AC nối đất hơn.

Đây là bài tóm tắt về tụ bypass là gì và cách chọn giá trị của nó dựa trên tín hiệu AC thấp nhất mong muốn được lọc ra và giá trị của điện trở song song với tụ điện.