Tụ điện xuất hiện rất nhiều trong cuộc sống của chúng ta. Có khi nào bạn thắc mắc tụ điện là gì và công dụng của tụ điện là gì không ? Chúng ta sẽ có đáp án cho câu hỏi tụ điện là gì ? Những công dụng của nó như thế nào đối với đời sống con người.
Tụ điện là gì?
Tụ điện (Capacitior) có ký hiệu là C là một loại linh kiện điện tử có thụ động cấu tạo bời hai bản cực đặt song song và được ngăn cách bởi lớp điện môi. Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt thì sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu. Tụ điện có tính chất cách điện một chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp. Tụ điện thường được sử dụng trong các mạch điện tử như mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, truyền tín hiệu xoay chiều, tạo dao động,…
Cấu tạo của tụ điện
Cấu tạo của tụ điện gồm ít nhất hai dây dẫn điện ở dạng miếng kim loại. Hai bề mặt kim loại này được đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bởi lớp điện môi.
Chất làm điện môi thường là các chất không dẫn điện, có điện trở suất cao như giấy, giấy tẩm hóa chất cách điện, gốm, thủy tinh, mica hoặc có thể là một lớp không khí. Các chất điện môi này được tạo ra nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.
Công thức tính điện dung
Đại lượng tính khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện được gọi là điện dung, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, chất liệu làm điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực
Công thức tính điện môi :
C = ξ . S / d
Trong đó:
C: điện dung của tụ điện, đơn vị là Fara (F)
ξ: Hằng số điện môi của lớp cách điện
d: Chiều dày của lớp cách điện
Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện như một bình ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Tụ điện là nơi lưu trữ hiệu quá các electron và phóng ta các điện tích để tạo ra dòng điện. Tuy nhiên, điểm khác biệt lớn của tụ điện với ắc quy là không có khả năng sinh ra các điện tích electron.
Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng và cũng là nguyên lý cơ bản trong hoạt động của tụ điện. Cũng chính vì tính chất này mà tụ điện có khả năng dẫn dòng điện xoay chiều.
Trong trường hợp điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên thao thời gian cắm nạp hoặc xả tụ thì rất dễ gây ra hiện tượng cháy nổ có tia lửa điện vì lý do đong điện tăng vọt. Đây cũng là nguyên lý nạp xả khá phổ biến của tụ điện.
Các kiểu mắc tụ điện
Mắc nối tiếp
2 tụ mắc nối tiếp: C (tụ điện) = (C1.C2)/(C1+C2)
3 tụ mắc nối tiếp: 1/C(tụ điện) = (1/C1)+(1/C2)+(1/C3)
Khi mắc nối tiếp thì điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng của các điện áp các tụ cộng lại: U(tụ điện) = U1 + U2 + U3
Khi mắc nối tiếp các tụ điện, nếu là các tụ hóa cần chú ý chiều của tụ điện, cực âm của tụ trước với nối với cực dương của tụ sau.
Mắc song song
Các tụ điện mắc song song thì điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại: C = C1 + C2 + C3
Điện áp chịu đụng của tụ điện tương đương bằng điện áp của tụ điện có điện áp thấp nhất.
Nếu là tụ hóa thì các tụ phải được đấu cùng chiều âm với âm, dương với dương.
Những loại tụ điện phổ biến
Tụ hóa (tụ phân cực)
Tụ hóa là tụ có phân cực âm, dương và luôn có hình trụ. Trên thân tụ được thể hiện giá trị điện dung từ 0,47 µF đến 4700 µF
Tụ giấy, tụ mica và tụ gốm (tụ không phân cực)
Là những tụ không phân cực và có hình dẹt, không phân biệt âm dương. Có trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số, điện dung của tụ thường khá nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF
Tụ xoay
Là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong những chiếc máy Radio nhằm mục đích thay đổi tần số cộng hưởng khi dò dài.
Tụ Lithium ion
Tụ Lithium ion là tụ có năng lượng cực cao chủ yếu dùng để tích điện một chiều.
Công dụng của tụ điện trong cuộc sống
Lưu trữ năng lượng điện
Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả là công dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất. Công dụng của nó giống như ác quy nhưng không làm tiêu hao năng lượng điện.
Xoay chiều điện áp
Công dụng tiếp theo của tụ điện là cho phép điện áp xoay chiều di qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở. Khi tần số điện xoay chiều càng lớn thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông.
Truyền tín hiệu
Như ở trên đã nhắc đến, tụ điện có khả năng nạp xả, ngăn điện áp một chiều, cho phép điện áp xoay chiều đi qua,..Những điều này giúp tụ điện có công dụng truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
Lọc điện áp
Tụ điện có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều bằng cách loại bỏ pha âm.
