Tụ điển là gì? Công dụng của tụ điện và nguyên lý hoạt động của nó? Cấu tạo của tụ điện như thế nào? Dưới đây, htsolarxanh sẽ giúp bạn giải đáp những thắc mắc trên.
Nội dung bài viết
Tụ điện là gì?
Tụ điện có tên tiếng Anh là Capacitor, viết tắt là chữ “C”. Là linh kiện không thể thiếu trong các mạch điện tử, đặc biệt được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều, tụ điện hoạt động dựa trên nguyên lý tích trữ và phóng điện.
Nói một cách khác, tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động có 2 cực bản đặt song song ngăn cách bởi lớp điện môi, giúp lưu trữ năng lượng điện hay tích tụ điện tích. Lớp điện môi nằm giữa 2 bề mặt dẫn điện của tụ điện là những chất không dẫn điện như giấy, giấy tẩm hoá chất, mica, gốm,…
Khi có sự chênh lệch điện thế giữa hai bề mặt của tụ điện, các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
Mặc dù có tính chất cách điện 1 chiều nhưng tụ điện lại cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nó có cơ chế phóng nạp. Do đó, tụ điện được ứng dụng nhiều trong môn học vật lý và cuộc sống hàng ngày.
Bởi khả năng lưu trữ điện và phóng điện, tụ điện được xem là một ắc quy mini. Tuy nhiên, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tụ điện và ắc quy là khác nhau.
Đơn vị đo giá trị tụ điện
Đơn vị đo giá trị của tụ điện gọi là “điện dung”, đơn vị là Fara, ký hiệu là “F”. Trong đó:
1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara.
Điện dung của tụ điện được tính dựa vào công thức sau:
C = ξ . S / d
Trong đó C : điện dung tụ điện
ξ : hằng số điện môi của lớp cách điện.
d : chiều dày lớp cách điện.
S : diện tích bản cực của tụ điện.
Cấu tạo của tụ điện
Về cấu tạo, tụ điện có hai dây dẫn điện ở dạng tấm kim loại được đặt song song với nhau và ngăn cách bằng một lớp điện môi như giấy tẩm hoá chất, thuỷ tinh, mica, gốm, không khí hoặc màng nhựa. Nhờ vào tính chất không dẫn điện của lớp điện môi mà khả năng tích trữ điện của tụ điện tăng lên.
Dựa vào vật liệu của lớp điện môi, chúng ta có thể gọi tụ điện bằng những tên gọi khác nhau. Nếu lớp cách điện làm bằng giấy, ta có tụ điện giấy. Tương tự với tụ điện gốm, tụ điện mica,…
Phân loại tụ điện
Tụ điện có nhiều loại khác nhau, tuỳ thuộc vào đặc điểm, tính chất, cấu tạo và vật liệu cách điện. Nhưng thông thường, chúng ta có 4 loại chính sau đây:
- Tụ hoá: Tụ điện có hình trụ, phân cực (-), (+). Điện dung của tụ hoá thường từ 0,47 µF đến 0,4700 µF.
- Tụ giấy, mica hoặc tụ gốm: Tụ có hình dẹt, không phân cực. Điện dung rất nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF.
- Tụ xoay: Tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung.
- Tụ Li ion: Tụ có năng lượng cao để tích trữ điện 1 chiều.
Nguyên lý hoạt động nạp – xả của tụ điện như thế nào?
Nguyên lý nạp: Khi khóa S1 đóng và S2 mở thì tụ điện đang trong cơ chế nạp, hay còn gọi là tích trữ điện. Khi nạp đầy, tụ điện sẽ tự động kết thúc việc nạp, dòng điện trong mạch sẽ giảm bằng 0.
Nguyên lý xả: Nguyên lý xả xảy ra khi khoá S1 mở còn khoá S2 đóng lại. Khi xả hết điện thì dòng điện trong mạch sẽ giảm bằng 0.
Nhờ vào khả năng lưu trữ và phóng điện, tụ điện được xem là ắc quy mini. Tuy nhiên, nó khác ắc quy ở chỗ tụ điện không sinh ra các điện tích electron như ắc quy mà chỉ tích trữ các electron này và phóng ra điện tích để tạo ra dòng điện.
Công dụng của tụ điện là gì?
Từ nguyên lý hoạt động mà có nhiều công dụng của tụ điện trong thực tế. Cụ thể, tụ điện có thể giúp lưu trữ điện tích hiệu quả mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
Công dụng thứ hai của tụ điện là cho phép điện xoay chiều đi qua, nhờ đó nó giúp tụ điện dẫn điện như một điện trở đa năng. Khi tần số điện xoay chiều càng lớn thì dung kháng của tụ càng nhỏ, giúp điện áp được lưu thông qua tụ điện.
Tụ điện còn giúp truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế nhờ vào khả năng nạp xả, ngăn điện áp 1 chiều và lưu thông điện áp xoay chiều.
Ngoài ra, tụ điện còn có khả năng lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm bằng nguyên lý tụ lọc nguồn.
Ứng dụng của tụ điện
- Sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.
- Là một bộ phận không thể thiếu trong các bo mạch điều khiển công nghiệp và dân dụng như tủ lạnh, ti vi, máy giặt,…
- Sử dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bởi khả năng lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại
- Xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử
- Dùng trong máy phát điện, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân, radar,.. và một số các vấn đề quân sự khác.
- Tạo nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng
- Xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…
- Làm cảm biến để đo độ ẩm không khí, mức nhiên liệu và độ căng cơ học.
