Có khá nhiều người đặt ra câu hỏi tụ điện là gì và nguyên lý hoạt động ra sao, bởi trong gia đình hầu hết các thiết bị đều có. Chính vì vậy, trong bài viết hôm nay, hãy cùng tìm hiểu về loại linh kiện này cũng như cấu tạo, công dụng và ứng dụng để hiểu rõ hơn nhé.
Tụ điện là gì?
Tụ điện được biết đến là một loại linh phụ kiện điện tử thị động. Đây là một hệ hai vật dẫn được ngăn cách nhau bởi lớp cách điện. Khi có sự chênh lệch về điện thế thì những mặt sẽ Open điện tích. Cùng với đó là điện lượng nhưng trái dấu tại hai mặt phẳng .
Tụ điện là một thiết bị điện tử thụ động
Sự tích tụ của điện tích có năng lực tích trữ nguồn năng lượng điện trường ở hai mặt phẳng của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế xoay chiều sự tích lũy điện tích bị chậm pha so với điện áp. Từ đó tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều .
Về mặt tàng trữ nguồn năng lượng, tụ điện có phần giống với ắc quy nhưng cách hoạt động giải trí trọn vẹn khác nhau. Cụ thể, nếu ắc quy có 2 cực bên trong xảy ra phản ứng hóa học giúp tạo electron ở cực này và chuyển sang cực còn lại thì linh phụ kiện này đơn thuần hơn .
Trong khi đó, tụ điện lại đơn thuần hơn bởi linh phụ kiện điện tử này không hề tạo ra electron mà chỉ hoàn toàn có thể tàng trữ. Bên cạnh đó việc nạp và xả nhanh chính là lợi thế tiêu biểu vượt trội so với ắc quy .
Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động giải trí của tụ điện đó là năng lực tích trữ điện năng như một ắc quy nhỏ dưới dạng nguồn năng lượng điện trường. Nghĩa là linh phụ kiện điện tử này lưu giữ hiệu suất cao Electron và phóng ra những điện tích giúp tạo ra dòng điện .
Tuy nhiên điểm độc lạ giữa tụ điện và ắc quy đó là năng lực sản sinh ra điện tích electron. Nguyên lý xả nạp của linh phụ kiện điện tử này là đặc thù đặc trưng với năng lực dẫn điện xoay chiều .
Nếu điện áp của 2 bản mạch vẫn giữ nguyên không bất thần biến thiên theo thời hạn rất dễ gây ra hiện tượng kỳ lạ nổ có tia lửa điện. Nguyên nhân là do dòng điện tăng vọt và cũng là nguyên tắc xả nạp khá thông dụng của tụ điện .
Cấu tạo của tụ điện
Cấu tạo của tụ điện gồm ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi và hai bản cực đặt song song. Điện môi được sử dụng cho linh phụ kiện điện tử này là những chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, gốm, mica, …. Cùng với đó là không có tính dẫn điện giúp tăng năng lực tích trữ nguồn năng lượng điện .
Tùy vào từng vật liệu cách điện ở giữa bản cực mà sẽ có tên gọi tương ứng cho tụ điện. Ví dụ như nếu sử dụng lớp không khí sẽ gọi là tụ không khí hay giấy gọi là tụ giấy. Tương tự như vậy, gốm gọi là tụ gốm và nếu là lớp hóa chất sẽ có tên gọi là tụ hóa .
Các đơn vị và ký hiệu của tụ điện
Trong những mạch điện nếu chú ý một chút ít sẽ thấy có 1 linh phụ kiện được ký hiệu là C, đây là ký hiệu của tụ điện bắt nguồn từ chữ Capacitor. Trong mạng lưới hệ thống quy chuẩn giám sát quốc tế, đơn vị chức năng đo của loại linh phụ kiện này là Fara .
Đơn vị và ký hiệu bên trong tụ điện
Khi nói đến tụ điện là nói đến điện tích và năng lực tích trữ điện. Do đó mà để biết được công thức tính cho linh phụ kiện này bạn cần biết công thức tính điện tích trước là : Q = C.U.
Công thức tính điện dung của tụ điện
Điện dung là đại lượng đặc trưng cho năng lực tích điện trên hai bản cực của tụ điện và nhờ vào vào diện tích quy hoạnh bản cực, vật tư điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực. Từ đó suy ra công thức tính cho điện dung là :
Trong đó :
- εr : đây là ký hiệu biểu thị điện thẩm tương đối của lớp cách điện
- ε0 ≈ 1÷(9*109*4*π)≈8.854187817*10-12: đây là ký hiệu biểu thị hằng số điện thẩm.
- S: ký hiệu biểu thị diện tích của bản cực được tính bằng m2.
- D: Ký hiệu biểu thị khoảng cách giữa 2 bản cực và độ dày của lớp cách điện được tính bằng [m].
Ứng dụng của tụ điện trong thực tiễn
Trong thực tiễn, tụ điện thường được ứng dụng nhiều vào việc cung ứng nguồn nguồn năng lượng hay tích trữ nguồn năng lượng, giải quyết và xử lý tín hiệu, mạch kiểm soát và điều chỉnh, khởi động động cơ, … Hiện nay, những linh phụ kiện này gần như không hề thiếu trong những loại sản phẩm nhà bếp từ và một số ít nghành nghề dịch vụ khác, điển hình như :
Ứng dụng của tụ điện trong đời sống thực tiễn
- Thường được ứng dụng phổ biến và rộng rãi trong kỹ thuật điện và điện tử.
- Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi nhờ khả năng lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch tán.
- Dùng trong xây dựng các bộ phận kỹ thuật số cho máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.
- Trong những lĩnh vực vực chế tạo đặc biệt về quân sự hoặc máy phát điện, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân,…
- Sử dụng trong việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng.
- Sử dụng trong vấn đề xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…
Cách đo và kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ
Cách đo tụ điện và kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ đeo tay cũng có bước thực thi như đo đồng hồ đeo tay điện tử hay bằng vom, … Tuy nhiên chỉ khác nhau ở chỗ kiểm soát và điều chỉnh thang đo, trải qua những bước như sau :
Hướng dẫn trong cách đo tụ điện
Đối với tụ hóa
Đối với tụ hóa, để kiểm tra thường sẽ so sánh độ phóng nạp của tụ so với một tụ khác tương tự còn tốt. Theo đó, bạn chỉnh thang đo đồng hồ đeo tay ở thang x1Ω – x100Ω, sau đó đặt 2 que đo vào lần lượt 2 chân của tụ nhằm mục đích so sánh độ phóng nạp. Đo nhiều lần và hòn đảo chiều que đo để có hiệu quả khác quan nhất .
Nếu hai tụ phóng nạp như nhau nghĩa là tụ cần kiểm tra đang hoạt động giải trí tốt và ngược lại nếu tụ phóng nạp kém có nghĩa đã bị khô. Trong trường hợp kim lên nhưng không trở lại vị trí cũ là tụ đã bị rò .
Đối với tụ giấy
Để kiểm tra so với tụ giấy bạn sẽ thực thi chỉnh đồng hồ đeo tay vạn năng ở thang đo là x1KΩ hoặc x10KΩ. Sau đó đặt 2 que dò vào 2 chân tụ cần kiểm tra, nếu thấy kim phóng lên 1 chút rồi trở lại vị trí cũ nghĩa là tụ còn tốt .
Trong trường hợp kim vận động và di chuyển về vị trí lưng chừng thang đo rồi dừng lại không về vị trí bán đầu nghĩa là tụ bị dò. Ngược lại tụ sẽ rơi vào thực trạng chập, đánh thủng là khi kim chuyển dời đến 0 Ω nhưng không trở lại vị trí bắt đầu .
Các loại tụ điện thông dụng
Hiện nay, có rất nhiều loại tụ điện thông dụng xuất hiện trên thị trường. Nhằm giúp bạn hiểu và dễ dàng củng cố kiến thức loại linh kiện thụ động này hãy cùng điểm qua một vào dòng mà Hunonic chia sẻ sau đây.
Các loại tụ điện thông dụng và thông dụng
Tụ nhôm
Đây là loại tụ cực kỳ phổ cập được phong cách thiết kế với 2 dải nhôm cuộn lại cùng một dải giấy thấm ở giữa. Dải này được ngâm trong dung dịch điện phân và sau đó đóng khuôn để tạo thành hình dạng như một khối hình tròn trụ .
Từ 0,1 µF đến 500.000 µF sẽ là giá trị điện rung của tụ nhôm, do đó mà đây là loại tụ điện tàng trữ chiếm hữu điện dung lớn nhất. Đồng thời linh phụ kiện này hoạt động giải trí trong khoảng chừng điện áp 10 – 100V .
Mặc dù vậy với vận tốc rò rỉ cao nên tụ nhôm không được sử dụng cho những ứng dụng ghép với tần số AC cao. Không chỉ vậy, với khoanh vùng phạm vi dung sai khá rộng khoảng chừng xấp xỉ 20 %. Do đó mà những mạch như mạch thời hạn hay mạch lọc thường không đưa vào lắp ráp vì linh phụ kiện này là những mạch cần có giá trị đúng mực .
Tụ điện Tantalum
Đây là loại tụ được làm từ Tantalum Pentoxide với ưu điểm là kích cỡ nhỏ, nhẹ và hoạt động giải trí không thay đổi hơn so với tụ nhôm. Bên cạnh đó, vận tốc rò rỉ của loại tụ này thấp, giữa 2 chân có độ tự cảm thấp .
Mặc dù vậy thì tụ Tantalum cũng có điểm yếu kém đó là điện dung tàng trữ và điện áp thao tác tối đa thấp. Do đó khi gặp những dòng điện cao rất dễ bị hư nên thường được ứng dụng với những mạng lưới hệ thống tin hiệu không có nhiều dòng cao .
Tụ điện gốm
Tụ điện gốm có chất điện môi được làm từ vật liệu titanium acid barium, có giá trị điện dung của nó cao từ 1 pF đến vài microfarad. Tuy nhiên lại không có giá trị điện dung cao như Tantalum. Hiện nay loại tụ này được sản xuất và sản xuất có một khoảng chừng khá rộng so với dung sai cũng như giá trị điện áp hoạt động giải trí .
Ưu điểm của loại tụ điện này là bên trong không sản xuất thành cuộn khiến độ tự cảm thấp. Chính vì thế mà thích hợp dùng cho những ứng dụng có tần số cao và đưa vào dùng thoáng rộng với nhiều mục tiêu cũng như ghép thử cùng dùng loại tụ gốm .
Tụ điện Polyester
Đây là loại tụ được tạo nên từ những tấm sắt kẽm kim loại có màng Polyester giữa chính hoặc trên chất cách điện đặt trên một màng sắt kẽm kim loại. Giá trị của tụ Polyester trong khoảng chừng từ 1-15 µF và sử dụng điện áp hoạt động giải trí trong khoảng chừng từ 50 – 1500V .
Tụ Polyester được làm từ màng Polyester
Tụ điện Polyester có những loại dung sai trong khoanh vùng phạm vi 5, 10, 20 % với thông số nhiệt độ cao, do đó thường được lựa chọn cho những ứng dụng ghép hoặc tàng trữ. Lý do là bởi có điện trở cách ly cao .
Trên mỗi đơn vị chức năng thể tích của tụ điện Polyester điện dung cao hơn so với những loại tụ khác. Điều này khiến khi có cùng kích cỡ những tụ khác thì sẽ tích trữ cao hơn. Hơn thế, trên thị trường tụ này có giá thành khá rẻ nên được rất nhiều người lựa chọn dùng trong mạng lưới hệ thống điện nhà mình .
Tụ điện Polypropylene
Đây là loại tụ được làm từ chất điện môi làm từ màng Polypropylene với giá trị điện dung khoanh vùng phạm vi trong khoảng chừng từ 100 pf đến 10 µF. Loại tụ này có điện áp hoạt động giải trí cao lên đến 3000V, do đó thường đưa vào sử dụng cho mạch cấp nguồn, bộ khuếch đại van và bộ khuếch đại hiệu suất .
Tụ Polypropylene có giá trị dung sai cực nhỏ chỉ khoảng chừng 1 % nên có độ đúng mực cao khi sử dụng. Đồng thời điện trở cách ly cao nên cực kỳ tương thích để tàng trữ hoặc ghép và với tần số dưới 100 kHz giúp tụ này hoạt động giải trí vô cùng không thay đổi. Vậy nên thường ứng dụng trong chặn, khử nhiễu, ghép, lọc, giải quyết và xử lý xung, …
Tụ điện Polystyrene
Đây là loại tụ với chất điện môi được tạo thành từ Polystyrene có giá trị điện dung khá thấp từ 10 pF đến 47 nF và dung sai trong khoanh vùng phạm vi 5-10 %. Bên cạnh đó, cũng có 1 số ít tụ được sản xuất chất lượng tốt hơn với mức dung sai chỉ từ 1-2 % .
Tụ này có điện áp thao tác từ 30-630 V nên có lợi thế lớn khi điện trở cách ly cao nên thường được dùng trong những ứng dụng ghép hoặc tàng trữ. Trong khí đó, so với tụ Polystyrene có dung sai 1-2 % thường dùng cho những mạch kiểm soát và điều chỉnh, mạch thời hạn và mạch lọc .
Tụ Polystyrene cũng có những điểm yếu kém riêng, nổi bật là do chỉ được cấu trúc bởi 1 cuộn dây bên trong. Do đó mà không dùng được với những trường hợp có tần số cao và giá trị điện dung cũng biến hóa vĩnh viễn khi gặp nhiệt độ cao trên 70 độ C .
Tụ điện Polycarbonate
Đây là loại tụ được sản xuất từ chất Polycarbonate có giá trị điện dung từ 100 pF đến 10 µF với điện áp hoạt động giải trí lên đến 400V. Điểm khiến nhiều người lựa chọn dùng tụ Polycarbonate là không có nhiều sự biến hóa khi có đổi khác nhiệt độ .
Tuy nhiên, tụ Polycarbonate cũng có điểm yếu kém đó là mức dung sai khá cao lên đến 5-10 %. Do đó thường không tương thích dùng trong những ứng dụng yên cầu cần có độ đúng mực cao .
Tụ điện bạc Mica
Đây là loại tụ được tạo ra bằng cách lắng một lớp bạc mỏng mảnh lên mặt phẳng của vùng điện môi làm từ vật liệu Mica và dùng không thay đổi với thời hạn. Ưu điểm lớn nhất của tụ bạc Mica chính là dung sai nhỏ chỉ dưới 1 % nên độ bền cực kỳ tuyệt vời .
Tụ bạc Mica được tạo ra bằng cách lắng một lớp bạc mỏng mảnh lên mặt phẳng
Hiện nay, trên thị trường tụ điện bạc Mica có giá thành khá đặt và giá trị điện dung không cao nên ít được lựa chọn. Ứng dụng so với loại tụ này thường dùng trong những mạch cộng hưởng, bộ lọc tần số cao nhờ tính không thay đổi với nhiệt độ và năng lực cách điện cực tốt .
Tụ điện giấy
Đây là loại tụ điện được làm từ các dải lá kim loại mỏng với lớp điện môi phân tích bằng giấy sáp. Giá trị điện dung của tụ từ 500pF đến 50µF với điện áp làm việc tương đối cao.
Điều này khiến loại tụ này được đưa vào dùng đa phần với những thiết bị có điện áp cao. Tuy nhiên, điểm yếu kém là vận tốc rò rỉ điện cao, dung sai 10-20 % nên thường không thích hợp được cho phép AC hay cho những mạch cần thời hạn đúng mực .
Lời kết
Chính bởi những hiệu quả tuyệt vời này mà tụ điện vô cùng quan trọng và được đưa vào ứng dụng phong phú. Nếu bạn muốn khám phá rõ hơn hay có nhu yếu sử dụng thiết bị này đừng quên đến ngay Hunonic nhé. Bởi chúng tôi tự hào là nhà phân phối thiết bị mưu trí chất lượng, chính hãng với giá tiền cạnh tranh đối đầu nhất thị trường lúc bấy giờ .
