Tụ điện là gì? Kí hiệu, ứng dụng và nguyên lý phóng nạp của tụ điện

tụ điện là gì? Một tụ điện làm gì? Đó là câu hỏi được rất nhiều khán giả gửi đến LabTrường Lê Hồng Phong trong thời gian gần đây. Và hôm nay, chúng tôi sẽ giải đáp những thắc mắc này cho bạn thông qua bài viết dưới đây. Hãy theo dõi cùng chúng tôi nhé!.

tụ điện là gì?

tụ điện là gì?

– Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo từ hai tấm song song làm bằng lá thiếc, kẽm hoặc nhôm và được ngăn cách bởi một lớp điện môi, dùng để tích trữ năng lượng điện và phóng điện trong điện trường.

– Điện dung dùng cho tụ điện là chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy có tẩm hóa chất cách điện như Farafin, gốm, màng nhựa, không khí hoặc mica. Nhờ tính không dẫn điện của chất điện môi nên khả năng tích trữ điện tích của tụ điện tăng lên.

– Ký hiệu của tụ điện là C, đây là chữ viết tắt của Capacitior trong tên tiếng Anh.

Cấu tạo của tụ điện

– Cấu tạo của tụ điện bao gồm ít nhất hai tấm kim loại (dây dẫn) thường ở dạng tấm kim loại và hai bề mặt này được đặt song song với nhau bằng một lớp điện môi để ngăn cách chúng.

– Chất điện môi dùng cho tụ điện sẽ là những chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa,… không khí. Lý do sử dụng các chất điện môi này là để tăng khả năng lưu trữ năng lượng điện của tụ điện.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt như thế nào?

Điện dung. Đơn vị đo giá trị tụ điện là gì?

Điện dung: Đại lượng biểu thị khả năng tích trữ điện tích trên hai bản kim loại của tụ điện. Diện tích của các bản, chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản quyết định điện dung của tụ điện. Điện dung được xác định theo công thức:

C = ξ . S/ngày

Trong đó

• C: Điện dung của tụ điện (Fara).
• ξ: là hằng số điện môi của lớp cách điện của tụ điện.
• d: là độ dày lớp cách điện của tụ điện.
• S: là diện tích bản tụ của tụ điện.

Đơn vị của tụ điện là Farad. 1Fara rất lớn nên trong thực tế người ta thường sử dụng những đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF). Cách quy đổi 1 Fara cụ thể như sau:

1F = 10-6 µF = 10-9 nF = 10-12 pF

Trên thân mỗi tụ điện đều ghi giá trị điện áp. Đây là giá trị điện áp tối đa mà tụ điện có thể chịu được. Nếu sử dụng vượt quá giá trị này thì tụ điện sẽ nổ.

Đặc điểm của tụ điện

Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, đồng thời nó còn có thể giải phóng các điện tích này để tạo ra dòng điện. Đây là đặc tính phóng điện của tụ điện, giúp tụ điện có khả năng dẫn dòng điện xoay chiều

Cấu tạo của tụ điện

Các loại tụ điện

Có nhiều cách phân loại tụ điện, cụ thể như sau:

+> Dựa vào tính chất vật lý và hóa học:

– Tụ điện phân cực: Đây là loại tụ điện có 2 đầu, thường là tụ hóa học và tụ tantalum. Loại tụ điện này thường có giá trị lớn hơn và được sử dụng trong các mạch tần số thấp hoặc để lọc nguồn.

– Tụ không phân cực: Loại tụ này không có khả năng điều chỉnh phân cực. Tụ điện này có điện dung nhỏ và được sử dụng rộng rãi trong các mạch cao tần hoặc mạch lọc nhiễu.

– Tụ điện hạ thế và tụ điện cao thế

– Tụ lọc và tụ xen kẽ

– Tụ tĩnh và tụ động

– Tụ quay có khả năng thay đổi giá trị điện dung

+> Dựa vào hình thức (vật liệu cách nhiệt giữa các cực):

– Tụ điện: Lớp cách điện là không khí.

– Tụ giấy: Cực là lá nhôm, vật liệu cách điện là giấy đã tẩm dầu cách điện.

– Tụ gốm: Lớp điện môi là gốm, ta có tụ gốm. Loại tụ điện này được làm bằng gốm, bên ngoài được phủ một lớp keo hoặc nhuộm màu.

– Tụ mica bạc: Lớp cách điện là bạc – mica

– Tụ giấy, tụ bạc mica, tụ gốm là những tụ điện không phân cực, hình phẳng. Điện dung của chúng có giá trị khá nhỏ, khoảng 0,47 µF, được ký hiệu trên thân tụ bằng 3 con số như 103J, 223K, 471J.

– Tụ hóa học: là tụ điện hình trụ, có cực tính (-), (+) và lớp cách điện là lớp hóa học. Thân tụ điện hiển thị giá trị điện dung và giá trị này thường nằm trong khoảng từ 0,47 µF đến 0,4700 µF.

– Tụ gốm nhiều lớp: Lớp cách điện được làm từ nhiều lớp tấm gốm, có khả năng đáp ứng tần số và điện áp cao, tốt hơn 4-5 lần so với tụ gốm đất thông thường.

– Tụ mica màng mỏng: Lớp cách điện là mica nhân tạo hoặc nhựa, có cấu trúc màng mỏng như Mylar, Polyester, Polycarbonate, Polystyrene.

– Tụ quay: Tụ này có thể quay để thay đổi giá trị điện dung

– Tụ điện tantalum: Điện cực được làm bằng nhôm và dung môi là gel tantalum. Giá trị điện dung rất lớn với khối lượng nhỏ.

– Tụ điện Lithium ion: Dung lượng của tụ rất lớn nên có thể dùng để lưu trữ dòng điện một chiều.

– Siêu tụ điện: Dung môi cách điện là đất hiếm, có nhiều năng lượng hơn tụ nhôm hóa học và có giá trị điện dung lên đến F. Nhờ giá trị điện dung cực lớn nên chúng ta có thể sử dụng nó làm nguồn pin cho các bộ vi xử lý hoặc mạch đồng hồ cần cung cấp năng lượng liên tục.

Hình ảnh một số loại tụ điện

Mỗi tụ điện có một điện áp giới hạn nhất định. Nếu điện áp đặt giữa hai bản tụ lớn hơn điện áp giới hạn thì chất điện môi giữa hai bản tụ sẽ bị phá vỡ.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Tụ điện hoạt động theo nguyên lý nạp-phóng.

– Nguyên lý phóng điện: Là khả năng tích trữ năng lượng điện giống như một cục pin nhỏ dưới dạng điện trường. Tụ điện có thể lưu trữ electron một cách hiệu quả (không tự tạo ra electron), sau đó phóng điện và tạo ra dòng điện.

– Nguyên lý sạc, phóng điện: Nhờ đặc tính sạc, phóng điện nên tụ điện có khả năng dẫn dòng điện xoay chiều. Khi điện áp giữa hai bảng mạch thay đổi theo thời gian (không thay đổi đột ngột) và bạn sạc hoặc xả tụ điện, sẽ xuất hiện tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Và đây chính là nguyên lý sạc, xả của tụ điện.

Công dụng của tụ điện là gì?

– Tụ điện hoạt động giống như một cục pin, có khả năng tích trữ điện mà không tiêu hao năng lượng.

– Tụ điện cho dòng điện xoay chiều đi qua nên có khả năng dẫn điện giống như một điện trở đa năng, hỗ trợ đắc lực cho việc lưu thông điện áp qua tụ. Điện dung của tụ điện càng nhỏ thì điện kháng càng lớn.

– Nhờ nguyên lý sạc xả thông minh, ngăn điện áp một chiều và cho điện áp xoay chiều đi qua nên việc truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại có sự chênh lệch điện thế.

– Nhờ loại bỏ pha âm nên tụ điện có khả năng lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều.

Năng lượng điện trường là điện trường tích lũy trong tụ điện.

W = Q*U/3 = C*U2/2 = Q2/(2*C)

Hiện nay, tụ điện được sử dụng chủ yếu trong kỹ thuật và điện tử, hệ thống âm thanh ô tô. Ngoài ra, tụ điện còn được sử dụng trong máy phát điện, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân, radar, xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, v.v. và là thành phần quan trọng nhất của bảng mạch bếp từ.

Cách đấu nối tụ điện

Có 2 cách đấu nối tụ điện bao gồm:

+> Tụ mắc nối tiếp

Các tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương Ctđ tính theo công thức:

1/Ctđ = (1/C1 ) + ( 1/C2 ) + ( 1/C3 )

Trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp thì Ctđ = C1.C2 / (C1 + C2)

Khi mắc nối tiếp, điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương với điện áp tổng cộng của các tụ điện cộng lại.

Utđ = U1 + U2 + U3

Đối với tụ điện mắc nối tiếp, bạn cần chú ý đến chiều của tụ điện. Cực âm của tụ điện đầu tiên phải được nối với cực dương của tụ điện tiếp theo.

+> Nối các tụ điện song song

Các tụ điện mắc song song có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ điện cộng lại. Cd = C1 + C2 + C3

Điện áp chịu đựng của tụ điện tương thích được xác định bằng điện áp của tụ điện có điện áp thấp nhất.

Để chuyển đổi tụ điện, các tụ điện phải được kết nối theo cùng một hướng âm dương.

Trên đây là một số thông tin LabTrường Lê Hồng Phong muốn chia sẻ về tụ điện là gì? Một tụ điện làm gì? Làm thế nào để kết nối một tụ điện? Hy vọng các bạn đã có thêm những kiến ​​thức bổ ích về tụ điện và nắm được tầm quan trọng của nó trong cuộc sống hàng ngày.

XEM THÊM:

>>> Cấu tạo ampe kế và cách sử dụng Ampe kế

>>> Dùng đồng hồ vạn năng để kiểm tra diode như thế nào?