Tụ điện phân cực là loại tụ như tụ điện hóa, được cấu tạo từ hai điện cực: lá nhôm ở cực dương và chất điện phân ở cực âm. Một lớp màng oxit nhôm được hình thành trên lá nhôm cực dương và đóng vai trò làm chất điện môi. Do cấu trúc này, tụ điện có tính phân cực. Khi được mắc đúng chiều, lớp màng oxit nhôm vẫn ổn định nhờ phản ứng điện hóa. Ngược lại, nếu mắc sai chiều, lớp màng oxit sẽ mỏng đi, dễ dẫn đến hiện tượng đánh thủng và hư hỏng tụ. Vì vậy, cần chú ý đến cực tính của tụ điện hóa khi sử dụng trong mạch. Trong khi đó, các tụ điện thông thường là không phân cực. Ngoài ra, cũng có thể nối hai tụ điện hóa theo cấu hình đặc biệt để tạo thành tụ điện hóa không phân cực.
1. Nguyên lý giống nhau
Dù là phân cực hay không phân cực, tụ điện đều có chung nguyên lý hoạt động:
- Lưu trữ và phóng điện tích.
- Điện áp trên bản cực không thể thay đổi đột ngột.
- Tuy nhiên, do sự khác biệt về chất điện môi, hiệu suất, dung lượng và cấu trúc, chúng có ứng dụng khác nhau.
Sự phát triển của khoa học và công nghệ đã giúp tạo ra nhiều loại tụ điện mới với các tính năng đặc biệt, đáp ứng nhu cầu của nhiều thiết bị điện tử khác nhau.
2. Chất điện môi khác nhau
Chất điện môi là vật liệu cách điện nằm giữa hai bản cực của tụ điện.
- Tụ điện phân cực chủ yếu sử dụng chất điện phân làm chất điện môi, giúp tăng dung lượng trên cùng một thể tích.
- Tụ điện không phân cực thường sử dụng màng oxit kim loại, polyester hoặc các vật liệu cách điện khác.
Khả năng chịu điện áp của tụ cũng phụ thuộc vào loại chất điện môi. Tính chất đảo ngược hay không của chất điện môi quyết định môi trường sử dụng của hai loại tụ này.
3. Hiệu suất khác nhau
Hiệu suất của tụ điện quyết định mục đích sử dụng trong mạch điện:
- Tụ điện phân cực thường có dung lượng lớn, trên 1µF, chủ yếu dùng cho các nhiệm vụ như lọc nguồn, ghép tín hiệu, tách tín hiệu và khử nhiễu.
- Tụ điện không phân cực thường có dung lượng nhỏ, dưới 1µF, chủ yếu dùng cho cộng hưởng, ghép tín hiệu, chọn tần số và giới hạn dòng.
Tuy nhiên, cũng có những loại tụ không phân cực có dung lượng lớn, thường sử dụng trong bù công suất phản kháng, dịch pha trong động cơ, hoặc nguồn điện xoay chiều biến tần.
4. Dung lượng khác nhau
Tụ điện phân cực thường có dung lượng lớn hơn so với tụ không phân cực cùng kích thước. Điều này là do chất điện môi được sử dụng trong tụ điện phân cực giúp tăng khả năng lưu trữ điện tích.
5. Cấu trúc khác nhau
Tụ điện có nhiều hình dạng khác nhau tùy vào ứng dụng:
- Tụ điện phân cực thường có dạng trụ tròn, ít khi có dạng vuông.
- Tụ điện không phân cực có nhiều hình dạng khác nhau như hình trụ, hình chữ nhật, dạng lá, dạng tấm, dạng kết hợp giữa hình vuông và hình tròn.
Trong các thiết bị tần số cao và trung tần, điện dung ký sinh (distributed capacitance) cũng đóng vai trò quan trọng và không thể bỏ qua.
6. Tóm tắt
Chức năng của cả hai loại tụ điện là giống nhau, nhưng sự khác biệt chính nằm ở dung lượng và môi trường sử dụng:
- Tụ phân cực có dung lượng lớn hơn, thích hợp để lọc nguồn và khử nhiễu.
- Tụ không phân cực thường có dung lượng nhỏ hơn, sử dụng cho cộng hưởng và điều chỉnh tần số.
Khi thiết kế mạch, kỹ sư cần hiểu rõ đặc điểm của từng loại linh kiện để chọn lựa phù hợp, ưu tiên các linh kiện tiêu chuẩn và phổ biến nhằm giảm chi phí và tối ưu hiệu suất mạch điện.