Tụ điện là một linh kiện rất quan trọng trong chế tạo mạch điện. Vậy cấu tạo, nguyên lý và tính ứng dụng của chúng là gì? Maycodien.com sẽ giúp bạn tìm hiểu thêm về thiết bị này.
Tụ điện là gì?
Có tên gọi tiếng anh là Capacitor. Là một loại linh kiện điện tử thụ động. Nó được cấu tạo nên từ hai bản cực. Hai bản cực này được đặt song song với nhau. Và được ngăn cách bởi một lớp điện môi. Có tính chất cách điện 1 chiều. Tuy nhiên, dòng điện xoay chiều vẫn đi qua được nhờ nguyên lý phóng nạp.
Ký hiệu là C
Đặc điểm cấu tạo
Có cấu tạo nên từ ít nhất là hai dây dẫn điện. Thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt của chúng được đặt song song nhau. Giữa chúng có một lớp điện môi ngăn cách.
Thường chất liệu để làm dây dẫn diện là các loại giấy bạc, màng mỏng,…
Điện môi ngăn cách được sử dụng các chất không thể dẫn điện như: thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, mảng nhựa hoặc không khí. Lớp điện môi sử dụng các vật liệu cách điện vì dể tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện. Tên gọi của lớp điện môi phụ thuộc vào chất liệu của chúng.
Nguyên lý hoạt động
Hoạt động dựa trên hai nguyên lý phóng nạp và xả nạp
Nguyên lý phóng nạp
Nguyên lý phóng nạp cũng giống như khả năng tích trữ điện năng, giống với một ắc- quy nhỏ. Hoạt động ở dạng năng lượng điện trường. Nó giữ lại các Electron một cách hiệu quả. Đồng thời, phóng ra các điện tích, tạo ra dòng điện lưu thông. Nhưng sự khác biệt của tụ điện đó là không hề có khả năng sinh ra điện tích electron.
Nguyên lý xả nạp
Đây là tính chất đặc trưng của tụ. Và đây cũng là nguyên lý cơ bản để có thể hoạt động trơn tru. Nhờ tích chất này mà tụ có thể cho điện xoay chiều đi qua.
Nếu điện áp của 2 bản mạch vẫn giữ nguyên, không có sự biến thiên đột ngột nào theo thời gian. Mà ta cắm nạp hoặc xả tụ sẽ rất dễ gây ra các hiện tượng nổ có tia lửa. Lý do xảy ra hiện tượng này là do dòng diện bị thay đổi quá nhanh, tăng vọt lên thì sẽ bị quá tải. Đây cũng là nguyên lý xả nạp phổ biến.
Tụ điện có vai trò gì?
Lưu trữ năng lượng điện
Đây là tác dụng nổi trội nhất. Với khả năng lưu trữ năng lượng điện và điện tích một cách hiệu quả nhất. Vì vậy mà nó được so sánh với bình ắc-quy. Nhưng không hề làm tiêu hao năng lượng điện trong quá trình lưu trữ. Đây là ưu điểm lớn.
Ngăn chặn dòng điện DC
Nhờ có nguyên lý xả nạp mà ngăn được điện áp 1 chiều và dòng điện xoay chiều có thể đi qua. Giúp truyền tí hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế. Nên có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Khi tần số xoay chiều ( điện dung của tụ) càng lớn thì dung kháng càng nhỏ. Điều này rất có lợi cho việc điện áp được lưu thông qua đây.
Lọc điện áp
Với vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.
Phân loại một số tụ điện trong thực tế
Thực tế có 2 cách phân loại
Phân loại theo tích chất lý hóa và khả năng ứng dụng
Tụ điện phân cực: Là loại tụ điện có 2 đầu (-) và (+) rõ ràng và do đó bạn không thể mắc ngược đầu trong mạng điện DC. Tụ điện phân cực thường là tụ hóa học và tụ tantalum.
Tụ điện không phân cực: Là tụ điện không quy định cực tính, bạn có thể đấu nối tùy ý vào mạng AC lẫn DC.
Phân loại theo cấu tạo và dạng thức
Ở cách phân loại này, ta có các loại như sau:
Tụ gốm đa lớp: Loại này có nhiều lớp bản cực cách điện. Nhờ vậy, tụ có thể đáp ứng các cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm một lớp
Tụ mica màng mỏng: cấu tạo với các lớp điện môi là có thể dùng các loại chất liệu khác nhau. Mica nhân tạo hay nhựa có cấu tạo màng mỏng (thin film) như Mylar, Polycarbonate, Polyester, Polystyrene (ổn định nhiệt 150 ppm/C).
Tụ bạc – Mica: là loại tụ mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung từ vài pF đến vài nF, độ ổn nhiệt rất bé. Tụ này dùng cho cao tần là thích hợp nhất.
Tụ siêu hóa: dùng dung môi đất hiếm, tụ này nặng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad. Tụ có thể dùng như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ (clock) cần cấp điện liên tục.
Tụ hóa sinh: là Siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năng trong các thiết bị điện tử di động, dùng Alginate trong tảo biển nâu làm nền dung môi –> lượng điện tích trữ siêu lớn và giảm chỉ 15% sau mỗi chu kỳ 10.000 lần sạc.
Tụ tantalum: Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, có trị số rất lớn với thể tích nhỏ.
Tụ vi chỉnh và tụ xoay: Có loại gốm, loại mica và loại kim loại.
Hướng dẫn mắc tụ điện trong mạch
Mạch nối tiếp
Khi mắc mạch tụ nối tiếp thì cần chú ý chiều của tụ. Cực âm tụ phải nối với cực dương tụ. Điện áp chịu đựng của tụ lúc này chịu tương đương tổng điện áp của các tụ cộng lại
Mạch song song
Khi mắc mạch song song, cần lưu ý đấu dây dùng chiều âm dương. Điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương bằng điện áp thấp nhất
