Trong xử lý tín hiệu điện, nhiễu tín hiệu là vấn đề hay gặp phải. Tín hiệu bị nhiễu thông thường do tính chất vật lý của các thành phần điện tử gây ra. Ví dụ xét trường hợp sử dụng nút bấm để nhận tín hiệu, do đặc điểm cấu tạo của nút nhấn sử dụng lò xo, khi buông tay lò xo vẫn còn nảy lên, xuống vài nhịp trước khi kết thúc. Điều này sẽ làm cho tín hiệu nhận được không còn đúng nữa.
Để khắc phục, có thể mắc thêm vào mạch một hay nhiều tụ, nhờ có tụ điện, tín hiệu của được lọc nhiễu và hoạt động ổn định hơn.
Tụ điện
Tụ điện là một linh kiện điện tử có khả năng lưu trữ / xả điện tích với tốc độ rất nhanh. Tụ điện cấu tạo từ 2 tấm kim loại có khả năng tích điện và một lớp không dẫn điện nằm giữa chúng. Khi có dòng điện chạy sang, tụ sẽ được nạp đầy tới khi điện tích trong tụ bằng điện tích dòng thì tụ sẽ ngưng nạp điện và tiến hành xả điện khi có sự chênh lệch về điện tích giữa trong tụ và ngoài tụ.
Đơn vị đo tụ điện
Người ta sử dụng đơn vị farad (được đặt theo tên của nhà hóa học / vật lý đã đóng góp rất nhiều cho sự phát triển của lĩnh vực điện từ học / điện hóa học - Michael Faraday) để đo độ tích điện của tụ điện.
Một đơn vị farad cho biết khả năng tích trữ điện năng của tụ là rất lớn, nên thông thường chỉ có thể thấy tụ điện có mức ở vài trăm pico-farad hay vài chục micro-farad.
Một pico-fard (pF) tương đương với 0.000000000001 farad và một micro-farad (μF) là 0.000001 farad. Ngoài ra, mỗi tụ còn chịu được một ngưỡng hiệu điện thế tối đa. Nếu vượt qua ngưỡng này, tụ điện sẽ bị mất đi chức năng của nó, trở thành một đơn vị dẫn điện và có thể gây ra cháy / nổ.
Phân loại tụ điện
Phân loại tụ điện chủ yếu phụ thuộc vào thành phần tạo nên tụ, hiện nay phổ biến có 2 loại chính là tụ gốm và tụ hóa.
Tụ gốm
Tụ gốm (ceramic capacitor) có độ tích điện nhỏ, vào khoảng vài trăm pico-farad. Do có điện tích nhỏ nên tụ gốm có thể tích điện / xả rất nhanh và một ưu điểm nữa là loại tụ này không phân cực.
Giá trị của tụ điện được in ngay trên thân tụ, được chia làm 2 phần và tính theo đơn vị pico-farad (pF)
- 2 kí tự đầu đại diện cho giá trị của tụ
- 1 kí tự sau đại điện cho hệ số nhân.
Ví dụ trên thân tụ gốm có in số 104, áp dụng quy tắc tính như trên: 10 x 104 = 100.000 pF = 100 nF (nano-farad).
Tụ hóa
Tụ hóa cho khả năng tích điện lớn nên thường được dùng để ổn định dòng điện hơn là lọc tín hiệu nhiễu. Không như tụ gốm, tụ hóa có phân biệt cực vì vậy cần phải lưu ý khi nối các loại tụ hóa vào trong mạch điện.
Giá trị của tụ hóa cũng như điện cực được in ngay trên thân của tụ.
Trường hợp sử dụng tụ
Giả sử mạch sử dụng nút nhấn (button) để bật / tắt đèn LED với Arduino. Ngoài chức năng truyền tín hiệu điện, các pin I/O này còn có khả năng nhận tín hiệu điện và dựa vào tín hiệu nhận được để có các xử lý phù hợp. Để cấu hình pin này có tác dụng gửi hay nhận tín hiệu, sử dụng hàm pinMode với tham số INPUT hay OUTPUT.
Sơ đồ dưới đây minh hoạ việc nhận tín hiệu, dùng Arduino đọc tín hiệu này và bật / tắt đèn sau mỗi lần nhấn nút chưa sử dụng tụ điện.
Tuy nhiên, khi nhấn nút tín hiệu sẽ không chạy đúng như mong muốn do nút bấm là một linh kiện vật lý, vì vậy nó còn một độ nảy nhất định sau khi không còn lực tác động lên nó nữa, gây ra sự nhiễu loạn tín hiệu.
Để xử lý việc này, cần mắc thêm một tụ điện có giá trị 100nF vào trong mạch để ổn định tín hiệu.
