Bộ lọcĐiện Tử Cơ Bản

Dung kháng của tụ điện trong mạch lọc RC

Dung kháng của tụ điện là trở kháng phức tạp của tụ điện có giá trị thay đổi theo tần số áp dụng. Trong Mạch lọc RC, chúng ta đã thấy rằng khi đặt điện áp một chiều vào tụ điện, bản thân tụ điện sẽ hút dòng điện nạp từ nguồn cung cấp và sạc đến giá trị bằng với điện áp đặt vào.

Tương tự như vậy, khi điện áp cung cấp giảm, điện tích tích trữ trong tụ điện cũng giảm và tụ điện phóng điện. Nhưng trong mạch điện xoay chiều, trong đó tín hiệu điện áp đặt vào liên tục thay đổi từ cực dương sang cực âm với tốc độ được xác định bởi tần số của nguồn cung cấp, chẳng hạn như trong trường hợp điện áp sóng sin, tụ điện hoặc là được sạc hoặc phóng điện liên tục với tốc độ được xác định bởi tần số nguồn cung cấp.

Khi tụ điện tích điện hoặc phóng điện, dòng điện chạy qua nó bị hạn chế bởi trở kháng bên trong của tụ điện. Trở kháng bên trong này thường được gọi là Dung kháng của tụ điện và được ký hiệu C  tính bằng Ohms.

Không giống như điện trở có giá trị cố định, ví dụ: 100Ω , 1kΩ , 10kΩ , v.v., (điều này là do điện trở tuân theo Định luật Ohms), dung kháng của tụ điện thay đổi theo tần số áp dụng, vì vậy bất kỳ sự thay đổi nào về tần số nguồn cung cấp sẽ có ảnh hưởng lớn đến tụ điện, Giá trị “điện kháng điện dung”.

Có thể bạn quan tâm

Khi tần số đặt vào tụ điện tăng lên, tác dụng của nó là làm giảm điện trở (được đo bằng ohms). Tương tự như vậy khi tần số trên tụ điện giảm, giá trị điện kháng của nó tăng lên. Biến thể này được gọi là trở kháng phức của tụ điện .

Trở kháng phức tạp tồn tại do các electron ở dạng điện tích trên các bản tụ điện, dường như truyền từ bản này sang bản kia nhanh hơn với tần số thay đổi.

Khi tần số tăng lên, tụ điện chuyển nhiều điện tích hơn qua các bản trong một thời gian nhất định dẫn đến dòng điện chạy qua tụ điện lớn hơn xuất hiện như thể trở kháng bên trong của tụ điện đã giảm. Do đó, một tụ điện được kết nối với một mạch thay đổi trong một dải tần số nhất định có thể được coi là “Phụ thuộc vào tần số”.

Dung kháng của tụ có ký hiệu điện là “ C ” và có đơn vị đo bằng Ohms giống như điện trở, (R). Nó được tính theo công thức sau:

Dung kháng của tụ điện

  • Xc = Dung kháng đo bằng Ohms, (Ω)
  •    π (pi) = 3,142 (thập phân) hoặc 22 ÷ 7
  •    ƒ = Tần số tính bằng Hertz, (Hz)
  •    C = Điện dung tính bằng Farads, (F)

Ví dụ về dung kháng của tụ điện số 1

Tính giá trị điện dung của tụ điện 220nF ở tần số 1kHz và lại ở tần số 20kHz.

 Ở tần số 1kHz:

ct 1

 Một lần nữa ở tần số 20kHz:

ct 2

 trong đó: ƒ = tần số tính bằng Hertz và C = điện dung tính bằng Farads

Do đó, từ trên có thể thấy rằng khi tần số đặt trên tụ điện 220nF tăng lên, từ 1kHz đến 20kHz, giá trị điện kháng của nó, X C giảm, từ khoảng 723Ω xuống chỉ 36Ω và điều này luôn đúng với điện trở điện dung, X C là tỉ lệ nghịch với tần số với cường độ dòng điện chạy qua tụ điện đối với hiệu điện thế tỉ lệ nghịch với tần số.

Đối với bất kỳ giá trị nhất định nào của điện dung, điện trở của tụ điện, X C biểu thị bằng ohm có thể được vẽ biểu đồ dựa trên tần số như hình dưới đây.

Dung kháng của tụ điện chống lại tần số

Dung kháng của tụ chống lại tần số

Bằng cách sắp xếp lại công thức điện kháng ở trên, chúng ta cũng có thể tìm thấy tụ điện sẽ có  giá trị điện dung ( C ) cụ thể ở tần số nào  .

Ví dụ về dung kháng của tụ số 2

Tụ điện 2,2uF có giá trị điện kháng 200Ω ở tần số nào?

ct3

Hoặc chúng ta có thể tìm giá trị của tụ điện trong Farads bằng cách biết tần số áp dụng và giá trị điện kháng của nó tại tần số đó.

Ví dụ về dung kháng của tụ số 3

Giá trị của tụ điện tính bằng farads sẽ là bao nhiêu khi nó có điện dung 200Ω và được nối với nguồn cung cấp tần số 50Hz.

ct3

Chúng ta có thể thấy từ các ví dụ trên rằng một tụ điện khi được kết nối với nguồn cung cấp tần số thay đổi, hoạt động giống như một “biến trở điều khiển tần số” vì điện trở (X) của nó tỷ lệ thuận với tần số. Ở tần số rất thấp, chẳng hạn như 1Hz, tụ điện 220nF của chúng tôi có giá trị điện trở điện dung cao khoảng 723,3KΩ (tạo ra hiệu ứng của một mạch hở).

Ở tần số rất cao như 1Mhz , tụ điện có giá trị điện kháng điện dung thấp chỉ 0,72Ω (gây ra hiện tượng đoản mạch). Vì vậy, ở tần số không hoặc trạng thái ổn định DC, tụ điện 220nF của chúng tôi có điện kháng vô hạn trông giống như một “mạch hở” giữa các tấm và ngăn chặn bất kỳ dòng điện nào chạy qua nó.

Sửa đổi bộ chia điện áp

Chúng tôi nhớ từ hướng dẫn của chúng tôi về Điện trở trong dãy điện trở rằng các điện áp khác nhau có thể xuất hiện trên mỗi điện trở tùy thuộc vào giá trị của điện trở và mạch phân áp có khả năng chia điện áp cung cấp của nó theo tỷ lệ R2 / (R1 + R2) . Do đó, khi R1 = R2 điện áp đầu ra sẽ bằng một nửa giá trị của điện áp đầu vào. Tương tự như vậy, bất kỳ giá trị nào của R2 lớn hơn hoặc nhỏ hơn R1 sẽ dẫn đến sự thay đổi tỷ lệ thuận với điện áp đầu ra. Hãy xem xét mạch dưới đây.

Mạch chia điện áp

Mạch chia điện áp

Bây giờ chúng ta biết rằng điện trở của tụ điện, giá trị c (trở kháng phức tạp của nó) thay đổi theo tần số áp dụng. Nếu bây giờ chúng ta thay đổi điện trở R2 ở trên cho một tụ điện, thì điện áp rơi trên hai thành phần sẽ thay đổi khi tần số thay đổi vì điện trở của tụ điện ảnh hưởng đến trở kháng của nó.

Tổng trở của biến trở R1 không thay đổi theo tần số. Điện trở có giá trị cố định và không bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi tần số. Sau đó, điện áp trên điện trở R1 và do đó điện áp đầu ra được xác định bởi điện dung của tụ điện ở một tần số nhất định. Điều này sau đó dẫn đến một mạch phân áp RC phụ thuộc tần số. Với ý tưởng này, Bộ lọc thông thấp thụ động và Bộ lọc thông cao có thể được xây dựng bằng cách thay thế một trong các điện trở của bộ chia điện áp bằng một tụ điện phù hợp như được minh họa.

Bộ lọc thông thấp

Bộ lọc thông thấp

Bộ lọc thông cao

Bộ lọc thông cao

Đặc tính của Điện dung tụ điện , làm cho tụ điện trở nên lý tưởng để sử dụng trong các mạch lọc AC hoặc trong các mạch làm mượt nguồn điện DC để giảm ảnh hưởng của bất kỳ Điện áp Ripple không mong muốn nào do tụ điện áp dụng đường dẫn tín hiệu ngắn mạch đến bất kỳ tín hiệu tần số không mong muốn nào trên các đầu ra .

Tóm tắt về dung kháng của tụ điện

Vì vậy, chúng ta có thể tóm tắt hoạt động của tụ điện trong mạch tần số thay đổi là một loại điện trở được điều khiển tần số có giá trị điện trở điện dung cao (điều kiện mạch hở) ở tần số rất thấp và giá trị điện trở điện dung thấp (điều kiện ngắn mạch) ở tần số rất cao như trong biểu đồ trên.

Tóm tắt về dung kháng của tụ

Điều quan trọng là phải nhớ hai điều kiện này và trong hướng dẫn tiếp theo của chúng tôi về Bộ lọc thông thấp thụ động , chúng ta sẽ xem xét việc sử dụng dung kháng của tụ để chặn bất kỳ tín hiệu tần số cao không mong muốn nào trong khi chỉ cho phép tín hiệu tần số thấp đi qua.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button