Tụ điện biến thiên là tụ điện có điện dung có thể điều chỉnh được trong một phạm vi nhất định. Khi diện tích hiệu dụng tương đối giữa tấm kim loại cực hoặc khoảng cách giữa các tấm thay đổi thì điện dung của nó cũng thay đổi tương ứng. Nó thường được sử dụng làm tụ điện điều chỉnh trong mạch thu sóng vô tuyến. Hai loại chính của nó là tụ điện biến đổi điện môi không khí và tụ điện biến đổi điện môi rắn. Nó được sử dụng rộng rãi trong điều chỉnh và khuếch đại, dao động chọn lọc tần số và các mạch khác.
Giới thiệu tụ điện biến thiên
Các tụ điện có điện dung có thể điều chỉnh được trong một phạm vi nhất định được gọi là tụ điện biến thiên.
Một tụ điện biến thiên thường bao gồm hai bộ bản cực cách điện với nhau: một bộ bản cực cố định được gọi là stato và một bộ bản cực di động được gọi là rôto. Các rôto của một số tụ điện biến thiên có thể được kết hợp trên cùng một trục để tạo thành một tụ điện biến thiên đồng trục (thường được gọi là tụ điện đôi, tụ điện ba, v.v.). Tụ điện biến thiên có tay cầm dài, có thể điều chỉnh bằng cách kéo dây hoặc quay số. Hình dạng như sau:
Nhận dạng tụ điện
Giá trị của tụ điện được xác định trên thân tụ điện bằng một con số hoặc tổ hợp các mã chữ và số, đôi khi nó được xác định bằng một dải ruy băng. Nhãn tụ điện cung cấp các thông số khác nhau của tụ điện, bao gồm giá trị điện dung , điện áp định mức và dung sai.
Một số tụ điện không có đơn vị đo điện dung. Trong những trường hợp này, đơn vị của chúng được mặc định từ các giá trị đã cho và được xác định theo kinh nghiệm. Trong một số trường hợp, ký hiệu 3 chữ số được sử dụng. Hai chữ số đầu tiên là hai chữ số đầu tiên của giá trị điện dung, và chữ số thứ ba là số nhân hoặc số Os sau chữ số thứ hai. Ví dụ: 103 có nghĩa là 10000pF.
Một số loại tụ điện sử dụng WV hoặc WVDC để biểu thị điện áp định mức, còn các loại tụ điện khác thì bị bỏ qua. Khi bỏ qua, điện áp danh định có thể được xác định dựa trên thông tin do nhà sản xuất cung cấp. Dung sai của tụ điện thường được biểu thị bằng vài phần trăm, chẳng hạn như ± 10%. Hệ số nhiệt độ được biểu thị bằng phần triệu (ppm). Loại dấu này bao gồm P hoặc N và các số sau. Ví dụ: N750 có nghĩa là hệ số nhiệt độ âm là 750 ppm /°C, trong khi P30 có nghĩa là hệ số nhiệt độ dương là 30 ppm /°C. Dấu NPO cho biết cả hệ số nhiệt độ dương và hệ số nhiệt độ âm đều là O sao cho điện dung không thay đổi theo nhiệt độ. Ngoài ra, một số loại tụ điện được đánh dấu bằng ruy băng màu.
(a) hiển thị ký hiệu đồ họa biểu thị tụ điện có giá trị cố định trong mạch điện. Cả hai loại đều được sử dụng phổ biến. Ở một số loại tụ điện, đường cong bên trái trong hình thường biểu thị tấm bên ngoài (tức là phần cuối gần gói bên ngoài). Đầu này thường được xác định bằng một sọc màu gần dây nối với tấm.
(b) biểu thị ký hiệu của tụ điện biến thiên. Họ thêm một mũi tên xuyên qua tấm vào tụ điện cố định. Tụ điện tông đơ nhỏ thường được biểu thị bằng ký hiệu bên phải. Các mũi tên chỉ các tấm biến.
Phân loại tụ điện biến thiên
Tụ điện biến thiên có thể được chia thành tụ điện biến thiên không khí và tụ điện biến thiên rắn theo vật liệu điện môi được sử dụng.
Tụ điện biến thiên không khí
Điện cực của tụ điện biến đổi điện môi không khí bao gồm hai bộ tấm kim loại. Một trong hai nhóm điện cực cố định là stato và nhóm quay được là rôto. Không khí được sử dụng làm điện môi giữa tấm chuyển động và tấm cố định.
Khi tấm chuyển động của tụ điện biến đổi điện môi không khí được quay sao cho tất cả các tấm chuyển động được vặn vào tấm cố định thì điện dung là lớn nhất; ngược lại, khi tấm chuyển động quay hoàn toàn ra khỏi tấm cố định thì điện dung sẽ nhỏ nhất.
Tụ điện biến thiên trung bình không khí được chia thành tụ điện biến thiên nối đơn không khí và tụ điện biến đổi nối đôi không khí. Tụ điện biến đổi điện môi không khí thường được sử dụng trong radio, dụng cụ điện tử, máy phát tín hiệu tần số cao, thiết bị liên lạc và các thiết bị điện tử liên quan.
Tụ điện biến đổi điện môi rắn
Tụ điện biến đổi điện môi rắn là một tấm mica hoặc màng nhựa (polystyrene và các vật liệu khác) làm vật trung gian giữa tấm chuyển động và tấm cố định (phần chuyển động và phần cố định là các tấm kim loại hình bán nguyệt không đều). Vỏ là nhựa trong suốt. Ưu điểm của nó là kích thước nhỏ và nhẹ; nhược điểm của nó là tiếng ồn lớn và dễ lắp ráp.
Tụ điện biến đổi điện môi rắn được chia thành tụ điện biến đổi kết nối đơn kín, tụ điện biến đổi kết nối kép kín (nó có hai bộ rôto, stato và điện môi, có thể quay đồng trục và đồng bộ) và tụ điện biến đổi bốn kết nối kín ( nó có bốn bộ rôto, stato và chất điện môi).
Tụ điện biến thiên kết nối đơn kín chủ yếu được sử dụng trong radio đơn giản hoặc các thiết bị điện tử; tụ điện biến thiên nối đôi kín được sử dụng trong radio bán dẫn và các dụng cụ điện tử và thiết bị điện tử liên quan; tụ điện biến đổi bốn kết nối kín thường được sử dụng trong đài đa băng tần AM / FM.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của tụ điện biến thiên
Cấu tạo của tụ điện biến thiên
Bất kể loại tụ điện biến thiên nào, các điện cực của nó đều bao gồm hai bộ tấm kim loại cách điện với nhau. Dưới đây, chúng tôi sử dụng tụ điện biến thiên không khí-điện môi sớm nhất (một loại tụ điện biến thiên) để minh họa cấu trúc và nguyên lý làm việc của nó: Như trong hình, một trong hai nhóm điện cực cố định là stato. Nhóm có thể quay được là rôto và không khí được sử dụng làm môi trường giữa tấm chuyển động và tấm cố định. Khi tấm chuyển động của tụ điện biến đổi điện môi không khí được quay sao cho tất cả các phần chuyển động được vặn vào tấm cố định thì điện dung là lớn nhất; mặt khác, khi bộ phận chuyển động được quay hoàn toàn ra khỏi tấm cố định thì điện dung sẽ nhỏ nhất.
Trong các ứng dụng thực tế, các tấm chuyển động của một số tụ điện biến thiên có thể được gắn trên cùng một trục quay để tạo thành một tụ điện biến thiên đồng trục. Các tụ điện biến thiên có tay cầm dài có thể điều chỉnh bằng dây kéo hoặc mặt số. Do đó, tụ điện biến thiên môi trường không khí được chia thành tụ điện biến thiên nối đơn không khí và tụ điện biến đổi nối đôi không khí.
Tụ điện biến thiên có tác dụng gì?
Vai trò chính của tụ điện biến thiên là thay đổi và điều chỉnh tần số cộng hưởng của vòng lặp. Nó được sử dụng rộng rãi trong điều chỉnh và khuếch đại, dao động chọn lọc tần số và các mạch khác.
Mạch cộng hưởng
Như hình vẽ, mạch cộng hưởng LC có thể thay đổi tần số cộng hưởng bằng cách thay đổi điện dung của tụ điện biến thiên C. Tần số cộng hưởng tỷ lệ nghịch với bình phương điện dung và công thức như sau:
Dao động tần số được chọn
Tụ điện nên được áp dụng cho bộ dao động để tần số dao động có thể được điều chỉnh liên tục trong một phạm vi nhất định. Trong mạch tạo tín hiệu tần số cao tốt, điều chỉnh tụ điện biến thiên C được kết nối đơn và tần số tín hiệu đầu ra có thể được thay đổi khi cần thiết.
Điều chỉnh
Nó thường được sử dụng trong vòng điều chỉnh của đài phát thanh để đóng vai trò chọn đài phát thanh. Như thể hiện trong hình bên dưới, mạch này là mạch giai đoạn chuyển đổi tần số vô tuyến siêu dị. Một trong C1a trong tụ điện biến thiên kép C1 can thiệp vào mạch đầu ra ăng-ten và C1b còn lại được kết nối với mạch dao động cục bộ. Việc điều chỉnh công suất 2 đường dây của C1 có thể làm thay đổi khả năng thu sóng ở tần số đồng bộ. C2 và C3 là các tụ điện điều chỉnh, được sử dụng để hiệu chỉnh tần số của mạch đầu vào ăng-ten và mạch dao động cục bộ.
Tụ điện Trimmer
Tụ điện Trimmer là một loại tụ điện biến đổi hay còn gọi là tụ điện bán biến. Nó đóng vai trò điều chỉnh vi mô. Nó thường được sử dụng để điều chỉnh điện dung một cách chính xác và không cần phải thay đổi điện dung trong quá trình sử dụng. Trong mạch điện, yêu cầu quan trọng nhất đối với tụ điện cắt là duy trì độ tin cậy của điện dung nhất định.
Có rất nhiều loại tụ điện Trimmer. Theo vật liệu điện môi, nó có thể được chia thành tụ điện trimmer không khí , tụ điện trimmer bằng sứ , tụ điện trimmer màng hữu cơ và tụ điện trimmer mica. Nó thường được sử dụng làm tụ điện bù hoặc hiệu chỉnh trong các mạch điều chỉnh và dao động khác nhau. Điện dung có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhỏ, và tụ điện có thể được cố định ở một giá trị điện dung nhất định sau khi điều chỉnh được gọi là tụ điện cắt hay còn gọi là tụ điện bán cắt. Khi điều chỉnh tụ điện trimmer, bạn nên thay đổi khoảng cách hoặc diện tích giữa hai bản tụ.
Một tụ điện trimmer được làm từ hai hoặc hai bộ tấm kim loại nhỏ có chất điện môi kẹp giữa chúng. Như được hiển thị, hình dạng của tụ điện thay đổi. Tụ điện bán biến thường không có tay cầm và chỉ có thể điều chỉnh bằng tua vít nên thường được sử dụng ở những nơi không cần điều chỉnh thường xuyên. Tụ điện bán biến được sử dụng làm tụ bù hoặc tụ hiệu chỉnh trong các mạch điều chỉnh và dao động khác nhau.
Tụ điện trimmer có thể được chia thành tụ điện trimmer gốm và tụ điện trimmer màng hữu cơ. Tụ điện trimmer gốm có cấu tạo gồm hai tấm làm bằng sứ bạc. Tấm dưới là tấm cố định, tấm trên là tấm chuyển động. Tấm chuyển động có thể quay cùng với trục. Do diện tích được phủ bạc trên hai tấm nhỏ hơn hình bán nguyệt nên công suất có thể thay đổi khi quay trục. Tụ điện cắt màng mỏng hữu cơ sử dụng màng polyester làm lớp trung bình và các tấm đồng photpho một lớp hoặc nhiều lớp làm tấm cố định và di chuyển. Dung tích nhỏ hơn so với tụ điện trimmer bằng sứ.
Làm thế nào để kiểm tra một tụ điện biến thiên?
Điện dung của tụ điện biến thiên nói chung là rất nhỏ và không thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, nhưng có thể đánh giá xem có chip hay rò rỉ giữa tấm chuyển động và tấm cố định hay không, như trong hình bên dưới.
Khoảng cách giữa tấm chuyển động và tấm cố định của tụ điện biến thiên rất nhỏ và rất dễ bị đoản mạch khi chạm vào nhau. Khối điện của đồng hồ vạn năng có thể phát hiện tụ điện biến thiên có chạm vào chip hay không.
Trong quá trình kiểm tra, bạn nên đặt hai dây dẫn thử nghiệm của đồng hồ vạn năng vào rôto và stato của tụ điện, đồng thời xoay trục của tụ điện qua lại từ từ. Nếu kim đồng hồ luôn đứng yên chứng tỏ không có hiện tượng va đập. Nếu kim chỉ về 0 ohm khi xoay một góc, điều đó có nghĩa là các tấm đang chạm vào đây. Sau khi tụ điện chạm vào tấm, trước tiên hãy kiểm tra xem khoảng cách giữa tấm chuyển động và tấm cố định có đồng đều hay không. Nếu phát hiện các tấm di chuyển hoặc cố định riêng lẻ bị lệch hoặc biến dạng, nguyên nhân thường là do tác động của các yếu tố bên ngoài, miễn là chúng được làm thẳng bằng một lưỡi dao mỏng. Nếu phát hiện một hoặc hai bộ tấm cố định của tụ điện đều bị uốn cong hoặc lệch sang một bên thì có thể do tấm cao su của khung cố định bị lỏng hoặc mối hàn ở điểm tựa ở cả hai đầu của tấm cố định .
Nhiễu tĩnh điện đề cập đến một loạt tiếng ồn “lạch cạch” xuất hiện trong loa đài khi trục tụ điện biến thiên được quay trong quá trình điều chỉnh đài phát thanh. Nếu dây kết nối của phần cố định được hàn và không phát hiện thấy đoản mạch thì ta nói đây là nhiễu tĩnh điện do hiệu ứng tĩnh điện gây ra. Khi tụ điện biến thiên kín hữu cơ tạo ra nhiễu tĩnh điện, bạn có thể kết nối hai chân của rôto và stato của tụ điện với nguồn điện 12V DC, sau đó quay rôto nhiều lần để loại bỏ nhiễu tĩnh điện của tụ điện.
