Tụ điện là gì? Nguyên lý hoạt động của tụ điện diễn ra như thế nào?

Tụ điện là gì? Nguyên lý hoạt động ra sao? Đây là câu hỏi của rất nhiều người khi nhận thấy hầu hết các thiết bị điện trong gia đình đều có nó, nhưng chưa biết được công dụng của nó ra sao. Vậy hãy cùng VATC chúng tôi tìm hiểu qua bài viết dưới đây!

1. Tụ điện là gì?

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động, được cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song và ngăn cách bởi lớp điện môi. Khi xảy ra sự chênh lệch điện thế tại hai điểm bề mặt, các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.

Tụ điện có tính chất cách điện 1 chiều, nhưng lại cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp. Chúng được sử dụng trong các mạch điện tử như: mạch lọc nguồn – lọc nhiễu, mạch tạo dao động, mạch truyền tín hiệu xoay chiều…

• Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là “C”, là từ viết tắt của Capacitior.

• Đơn vị của tụ điện: Fara (F). Cụ thể, 1 Fara = 1F = 10-6MicroFara = 10-9 NanoFara = 10-12 PicoFara.

• Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu giữ điện năng. Hay tích tụ điện tích qua 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường.

• Hai bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi không dẫn điện như: gốm, giấy, giấy tẩm hóa chất, mica…

• Khi hai bề mặt xuất hiện sự chênh lệch điện thế, nó sẽ cho phép dòng điện xoay chiều đi qua. Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lương nhưng trái dấu.

Các ký hiệu của tụ điện

2. Tụ điện có cấu tạo như thế nào?

Cấu tạo của tụ điện sẽ có ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này sẽ được đặt song song với nhau, và được ngăn cách bởi một lớp điện môi.

Điện môi được sử dụng để ngăn cách hai bề mặt là các chất không dẫn điện như thủy tinh, gốm, mica, giấy, màng nhựa hoặc không khí. Các điện môi này không dẫn điện để tăng khả năng lưu trữ điện năng của tụ điện.

Tùy thuộc vào chất liệu cách điện giữa các bản cực, thì tụ điện sẽ có tên gọi tương ứng. Chẳng hạn như lớp cách điện ở đây là không khí, thì ta có tụ không khí, là gốm ta gọi là tụ gốm, là giấy ta gọi tụ giấy….

#Các loại tụ điện phổ biến

Tụ hóa: là tụ có phân cực âm (-), dương (-) và luôn có hình trụ. Trên thân tụ sẽ thể hiện giá trị điện dung tử 0.47 µF tới 4700 µF.

Tụ giấy, tụ gốm và tụ mica: là tụ không phân cực và có hình dẹt, không phân biệt hai cực âm dương. Trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số. Điện dung của tụ thường khá thấp, chỉ khoảng 0.47 µF.

Tụ xoay: là tụ có thể xoay nhằm thay đổi giá trị của điện dung. Tụ này thường được lắp đặt trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài.

Tụ Lithium ion: có năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều.

3. Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được xem là khả năng tích trữ điện năng như một ắc-quy nhỏ, dưới dạng năng lượng điện trường. Nó lưu giữ hiệu quả các Electron và phóng ra các điện tích để tạo ra dòng điện. Nhưng điểm khác biệt lớn nhất của tụ điện và ắc-quy đó là tụ điện không có khả năng sinh ra các điện tích electron.

Nguyên lý xả nạp của tụ điện là tính chất đặc trung, và đây cũng là nguyên lý cơ bản trong quá trình hoạt động của tụ điện. Nhờ tính chất này, tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều.

Nếu điện áp của 2 bản mạch vẫn giữ nguyên, không đột ngột biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hay xả tụ thì rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây cũng là nguyên lý xả nạp của tụ điện khá phổ biến.

4. Công dụng của tụ điện

Từ cách phân loại và nguyên lý hoạt động của các tụ điện dùng để áp dụng vào các công trình điện riêng, chúng ta thu được 4 công dụng chính đó là:

Tác dụng được biết đến nhiều nhất đó là khả năng lưu giữ điện năng, lưu giữ điện tích hiệu quả. Nó cũng có công dụng lưu trữ tương tự ắc-quy. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của tụ điện là lưu giữ mà không làm tiêu hao điện năng.

Cho phép điện áp xoay chiều di chuyển qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện giống như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ càng lớn), thì dung kháng càng nhỏ. Đây được xem như là hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.

Với khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp một chiều và cho phép điện áp xoay chiều lưu thông. Điều sẽ sẽ giúp tín hiệu được truyền đi giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.

Công dụng cuối cùng đó là tụ điện có vai trò lọc điên áp xoay chiều thành điện áp một chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.

5. Các kiểu mắc tụ điện

5.1. Mắc tụ điện nối tiếp

Hai tụ mắc nối tiếp: C tđ = C1.C2 / (C1 + C2).

Ba tụ mắc nối tiếp: 1 / C tđ = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)

Khi mắc nối tiếp thế này, điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng điện áp của các tụ cộng lại:” U tđ = U1 + U2 + U3.

Lưu ý: nếu mắc nối tiếp các tụ điện là các tụ hóa, cần chú ý chiều của tụ điện. Cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ như sơ đồ dưới đây:

5.2. Mắc tụ điện song song

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

Lưu ý:

• Điện áp chịu đựng của tụ điện tương tương, bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất.

• Nếu như là tụ hóa thì các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương với nhau.

6. Ứng dụng của tụ điện trong đời sống

Tụ điện được ứng dụng rất nhiều trong các thiết bị điện tử và đây là một linh kiện gần như không thể thiếu. Mỗi mạch điện tụ đều sẽ có một công dụng rõ ràng như: truyền dẫn tín hiệu, lọc điện nguồn, lọc nhiễu, tạo dạo động…

#Tụ điện trong mạch lọc nguồn:

Trong mạch lọc nguồn ở hình trên, tụ điện hóa có tác dụng lọc cho điện áp một chiều, sau khi đã chỉnh lưu được bằng phẳng để cung cấp cho tải tiêu thụ. Ta thấy rằng nếu như không có tụ thì áp DC sau đi ốt là điện áp nhấp nhô, khi có tụ điện thì áp này được lọc tương đối bằng phẳng, tụ điện càng lớn thì điện áp DC này càng phẳng.

#Tụ điện trong mạch dao động đa hài tạo xung vuông

• Bạn có thể lắp mạch trên với các thông số đã cho sẵn trên sơ đồ.

• Hai đèn báo sáng sử dụng đèn LED dấu song song với cực CE của hai Transistor, chú ý đấu đúng các chiều âm dương.

Những ứng dụng của tụ điện được áp dụng trong cuộc sống:

• Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.

• Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe ô tô: tụ điện lưu trự năng lượng cho bộ khuyếch đại âm thanh.

• Tụ điện có thể dùng để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.

• Tụ điện được sử dụng trong những chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, radar, thí nghiệm vật lý, vũ khí hạt nhân…

Trong thực tiễn, tụ điện được ứng dụng lớn nhất vào việc cung cấp nguồn năng lượng, tích trữ năng lượng… Ngoài ra còn rất nhiều các tác dụng khác như xử lý tín hiệu, mạch điều chỉnh, khởi động động cơ… Hiện nay, các tụ điện gần như là một linh kiện không thể thiếu trong các sản phẩm bếp từ. Nó là linh kiện quan trọng bậc nhất trong bo mạch của bếp từ.

Bài viết tổng hợp kiến thức về tụ điện là gì?  Nguyên lý và ứng dụng thực tế của tụ điện. Hi vọng giúp các học điện ô tô tại VATC nắm bắt rõ hơn. Chúc các bạn có những kiến thức thú vị.

Xem thêm: Diode là gì? và ứng dụng của Diode trong thực tế?

Theo: thegioidienco.vn