Tụ điện được sử dụng ở hầu hết mọi nơi, đặc biệt là trong các ngành công nghiệp sản xuất, trong môi trường giáo dục hay được dùng để chế tạo thiết bị điện tử. Đây là lý do tại sao nhu cầu về linh kiện điện tử này luôn ngày càng tăng cao và có vai trò quan trọng trong cuộc sống hằng ngày.
Tìm hiểu về khái niệm của tụ điện là gì?
Tụ điện là loại linh kiện điện tử thụ động với tên tiếng anh là capacitor và được viết tắt với ký hiệu chữ “C”, có cấu tạo gồm hai bản cực được đặt song song với nhau và ngăn cách bởi lớp điện môi. Khi xảy ra hiện tượng chênh lệch điện thế, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng lại trái dấu với nhau.
Tụ có hai chân có thể tồn tại ở dạng phân cực hoặc không phân cực, đối với những loại tụ phân cực, cần cấp đúng điện áp để tụ hoạt động. Người ta thường xem tụ điện như một bình ắc quy vì khả năng lưu trữ năng lượng điện, tuy nhiên, về cấu tạo và nguyên lý làm việc của chúng khác nhau hoàn toàn.
Sự tích tụ các điện tích trên hai bề mặt sẽ tạo ra khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ. Khi có sự chênh lệch điện thế ở trên 2 bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích lũy điện tích lúc này bị chậm pha hơn so với điện áp, từ đó tạo ra trở kháng của tụ điện bên trong mạch điện xoay chiều.
Tính chất của loại linh kiện điện tử này là một chiều nhưng có thể cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp đặc biệt. Chúng thường được sử dụng trong những mạch điện tử như: Mạch lọc nhiễu, lọc nguồn, mạch tạo dao động, truyền tín hiệu hai chiều,…
Cách nhận biết các loại tụ điện như thế nào?
Có rất nhiều loại tụ khác sau được sử dụng phổ biến trên thị trường, bạn có thể phân biệt, nhận biết chúng thông qua hình dáng, thông số, cấu tạo,… Có thể kể đến như tụ giấy, bạn sẽ nhìn thấy bản cực của tụ là những lá nhôm hay thiết được cách nhau bằng lớp giấy tẩm dầu làm dung môi cách điện.
Tụ điện gốm được bao bọc bằng lớp vỏ ceramic, vỏ ngoài thường được dán màu hay bọc keo, những loại gốm sử dụng trong loại tụ này gồm có: X7R, Z5U, COG,… Tụ đa lớp đúng với tên gọi là loại tụ có nhiều lớp cách điện làm bằng gốm và thường sử dụng trong các ứng dụng cao tầng, điện áp sẽ cao hơn tụ gốm khoảng 4 -5 lần.
Tụ mica màng mỏng có cấu tạo giữa những lớp điện môi là mica nhân tạo hoặc nhựa có màng mỏng như: Polyeste, Mylar, Polycarbonat,… Đối với tụ hóa, loại tụ điện này phân cực âm, dương và có hình trụ, đặc biệt, trên thân của tụ có những thông số thể hiện giá trị điện dung khá nhỏ, chỉ ở mức khoảng 0,47µF đến 4700µF.
Loại tụ bạc – Mica có bản cực là bạc khá nặng, điện dung của loại tụ điện này có thể từ vài pF cho đến vài nF, mẫu tụ này thường được sử dụng cho những mạch điện cao tần. Tụ xoay được ứng dụng khá nhiều trong việc xoay hoặc thay đổi những giá trị điện dung, còn tụ lithium ion có khả năng đặc biệt là tích điện một chiều.
Cấu tạo của tụ điện là gì?
Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai dây dẫn điện ở dạng kim loại, ở giữa là một lớp cách điện gọi là điện môi, điện môi được sử dụng là những chất không dẫn điện có thể kể đến như: thủy tinh, giấy tẩm hóa chất, mica, gốm, màng nhựa,… Những điện môi này có cấu tạo không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ.
Tùy thuộc vào các chất liệu cách điện ở giữa bản cực mà tụ điện sẽ có những tên gọi tương ứng, phù hợp để khi nhìn vào, ta sẽ dễ nhận biết hơn. Có thể kể đến một số trường hợp như nếu lớp cách điện là không khí, tên gọi của tụ sẽ là tụ không khí, nếu là giấy sẽ có tên tụ giấy, ta còn có tụ gốm, tụ hóa, tụ mica,…
Những loại dây nối với tụ điện thường sẽ được đặt trong máng cáp mạ kẽm điện phân do vị trí này giúp bảo vệ an toàn cho hệ thống điện. Đồng thời, vừa có thể tiết kiệm không gian vừa mang tính thẩm mỹ cao khi đặt trong nhà hay các thiết bị điện tử khác, việc bảo trì, sửa chữa cùng sẽ diễn ra dễ dàng và thuận tiện hơn rất nhiều.
Nguyên lý hoạt động của tụ điện có gì đặc biệt?
Những tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng bằng cách lưu trữ các electron, nguyên lý hoạt động của tụ được phân thành phóng nạp và xả nạp. Đối với từng nguyên lý khác nhau sẽ có cơ chế hoạt động riêng biệt, chúng ta hãy cùng tìm hiểu những đặc điểm độc đáo của hai nguyên lý này xem có gì khác biệt nhé!
Nguyên lý phóng nạp đặc biệt của tụ điện
Đây là nguyên lý có khả năng tích trữ nguồn năng lượng điện của tụ, có thể xem chúng như một chiếc bình ắc quy mini dưới dạng năng lượng điện trường. Tụ có khả năng lưu trữ electron và phóng ra các điện tích sản sinh ra dòng điện, tuy nhiên, chúng lại không thể tự sản sinh ra những điện tích electron giống như bình ắc quy.
Nguyên lý xả nạp là như thế nào?
Nguyên lý xả nạp được xem là một nguyên lý đặc trưng, cơ bản nhất trong nguyên lý làm việc của tụ điện, nhờ tính chất này mà nó có thể dễ dàng dẫn được dòng điện xoay chiều. Với trường hợp điện áp 2 bên mạch không có sự thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian, khi dùng có thể xảy ra hiện tượng nổ kèm tia lửa điện.
Tìm hiểu về công thức tính điện dung
Điện dung được hiểu là đại lượng thể hiện khả năng tích điện trên 2 bản cực của tụ, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích của bản cực, vật liệu làm nên chất điện môi và khoảng cách giữa các bản cực. Điện dung của tụ có ký hiệu là chữ C và được tính theo công thức sau: C = ξ . S / d.
Trong công thức trên, ξ được hiểu là hằng số điện môi lớp cách điện, d là chiều dày của lớp cách điện và s là diện tích bản cực, điện dung có đơn vị là Fara hay kí hiệu bằng chữ F. Do 1 fara là rất lớn nên trong thực tế, người ta thường sử dụng những đơn vị nhỏ hơn như: NanoFara (nF), MicroFara (µF), PicoFara (pF).
Ta có thể tính điện dung bằng một công thức khác, thông qua điện lượng như sau: C = Q / U, trong đó ký hiệu điện lượng là Q với đơn vị Coulomb, đây cũng chính là độ lớn điện tích đã được tích tụ ở vật thể. U là ký hiệu của điện áp với đơn vị tính là Voltage, đây cũng chính là điện áp của vật khi được tích điện.
Có hai cách mắc tụ điện là nối tiếp và song song, đối với các cách mắc khác nhau sẽ có những cách tính điện dung khác nhau. Hãy cùng tham khảo các công thức tính điện dung của tụ theo kiểu mắc song song và nối tiếp là như thế nào nhé!
Cách tính điện dung của tụ điện mắc nối tiếp
Đối với loại tụ điện được mắc nối tiếp, điện dung tương đương ( C tđ ) sẽ được tính theo công thức: 1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 ). Trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp với nhau, điện dung lúc này sẽ được tính theo công thức là: C tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 ).
Có một lưu ý rằng, khi mắc nối tiếp, điện áp chịu đựng của tụ tương đương ( U tđ ) lúc này sẽ bằng tổng các điện áp cộng lại với nhau như sau: U tđ = U1 + U2 + U3. Trong lúc mắc nối tiếp, nếu là các tụ hóa, cần chú ý đến chiều tụ điện để cực âm tụ trước phải được nối với cực dương tụ sau.
Tụ mắc song song sẽ tính điện dung thế nào?
Đối với kiểu mắc song song, điện dung tương đương của tụ sẽ bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại: C = C1 + C2 + C3. Điện áp chịu đựng lúc này của tụ điện tương đương sẽ thấp nhất, nếu là tụ hóa phải được đấu cùng chiều âm, dương và được tính theo công thức U tđ = U1 = U2 = U3.
Kiểu mắc song song là kiểu mắc phổ biến nhất trong cuộc sống, người ta thường sử dụng kiểu mắc này trong việc chế tạo các thiết bị điện tử hay trong những ngành công nghiệp sản xuất. Tụ điện được mắc song song được cho rằng là kiểu mắc vừa thông dụng vừa đảm bảo an toàn nhất cho người sử dụng.
Tụ điện thường được sử dụng với mục đích gì?
Tụ điện là một linh kiện điện tử được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện, điện tử bởi khả năng lưu trữ năng lượng và điện tích hiệu quả như bình ắc quy mà không làm tiêu hao năng lượng điện. Với nguyên lý hoạt động có khả năng nạp xả vô cùng thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông 1 cách dễ dàng.
Được ứng dụng trong hệ thống âm thanh của xe hơi, lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại âm thanh làm việc một cách hiệu quả hơn, âm thanh xe phát ra lúc này sẽ rất chuẩn. Ngoài ra, linh kiện còn được ứng dụng trong dàn âm thanh karaoke của gia đình hay dàn nhạc của đám cưới, những buổi tiệc tùng, liên hoan.
Tụ điện còn có thể xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho những máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử một cách linh hoạt và cực kỳ hiệu quả. Ngoài ra, trong những chế tạo đặc biệt về quân sự, tụ được ứng dụng dùng trong các loại máy phát điện, vũ khí hạt nhân, radar hay các thí nghiệm vật lý khác.
Ứng dụng lớn nhất của linh kiện này là áp dụng thành công nguồn cung cấp, tích trữ năng lượng và nhiều tác dụng khác phổ biến: Xử lý tín hiệu, mạch điều chỉnh, khởi động các động cơ,… Hầu hết những tụ điện là trang bị không thể thiếu của các sản phẩm bếp từ, là linh kiện quan trọng nhất trong bo mạch của bếp.
Kết luận
Trên đây là toàn bộ những thông tin cơ bản về tụ điện – Loại linh kiện điện tử quan trọng được ứng dụng phổ biến nhất trong cuộc sống. Hy vọng qua bài viết trên, bạn sẽ có thêm thật nhiều kiến thức về cấu tạo, cách phân loại, nguyên lý hoạt động và những công dụng thực tế mà tụ mang lại.
