Tụ điện là gì ? Nguyên lý hoạt động và ứng dụng của tụ điện

Tụ điện là gì ? Tụ điện là một trong các linh kiện quan trọng nhất trong chế tạo mạch điện. Vậy tụ điện có cấu tạo và chức năng là gì ? Tụ điện có đặc điểm và ứng dụng nổi bật nào? Thông qua bài viết này sẽ giải đáp mọi thắc mắc về các loại tụ điện.

Tụ điện là thiết bị điện tử quan trọng trong các mạch dao động, mạch lọc, mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Tụ là loại linh kiện điện tự thụ động, chúng được tạo bởi 2 bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi. Khi xuất hiện chênh lệch điện thế tại hai bề mặt thì các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu nhau. Về khía cạnh trữ năng lượng thì tụ điện có phần tương tự như ắc quy. Tóm lại, tụ điện được cấu tạo bởi hai bản cực son song, cách điện 1 chiều nhưng nhờ nguyên lý phóng nạp để cho dòng điện xoay chiều đi qua.

Cấu tạo tụ điện ra sao ?

Tụ điện được cấu tạo từ 2 bản cực kim loại được đặt song song. Tên gọi của tụ điện phụ thuộc vào chất liệu cách điện trong bản cực. Ví dụ lớp cách điện là không khí thì tên tụ sẽ là tụ không khí, nếu là gốm thì sẽ là tụ gốm,… Trên tụ điện sẽ được ghi trị số điện áp cụ thể. Đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ điện có thể chịu. Nếu sử dụng cao hơn giá trị này thì tụ điện sẽ bị nổ.

• Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C viết tắt của Capacitior
• Đơn vị của tụ điện: là Fara (F), Trong đó : 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara

Phân loại tụ điện theo tính chất lý hóa và ứng dụng

Có 2 loại là tụ điện phân cực và tụ điện không phân cực:

– Tụ điện phân cực

Đây là loại tụ điện 2 đầu (+) và (-) rất rõ ràng. Tụ điện phân cực thường là tụ tantalum và tụ hóa học. Tương tự như hình dưới đây:

– Tụ điện không phân cực

Đây là loại tụ điện không có quy định về cực tính rõ ràng nên bạn có thể đấu nối tự do vào cả mạng AC và DC như hình sau:

Phân loại theo cấu tạo và dạng thức

Cách phân loại này bao gồm:

• Tụ gốm đa lớp: có bản cực cách điện làm bằng gốm. Đây là loại tụ đáp ứng điện áp và cao tần cao hơn gốm thường từ 4 – 5 lần.
• Tụ mica màng mỏng: Có cấu tạo các lớp điện môi là mica hoặc nhựa màng mỏng (thin film) như: Mylar, Polyester, Polycarbonate, Polystyrene.
• Tụ bạc – tụ mica: Có bàn cực bằng bạc nên khá nặng. Điện dung của loại tụ điện này từ vài pF đến vài nF và độ ổn nhiệt rất bé. Đây là loại dụ dùng cho cao cần.
• Tụ siêu hóa: Sử dụng dung môi là đất hiếm nên nặng hơn tụ nhôm hóa học. Tụ siêu hóa có trị số cực lớn, thậm chí lên tới hàng Farad. Loại tụ này sử dụng như nguồn pin cấp cho các mạch đồng hồ hay các vi xử lý đang cần cấp điện liên tục.
• Tụ hóa sinh: Đây là siêu tụ có thể thay thế cho pin khi lữu trữ điện năng trong thiết bị di động. Trụ này dùng Alginate có trong tảo biển nâu để làm nền dung môi. Lượng điện tích trữ trong tụ siêu lớn và sẽ giảm khoảng 15% sau mỗi chu kỳ sạc (khoảng 10.000 lần).
• Tụ Tantalum: Tụ sử dụng bản cực ngôn mà gel tantal để làm dung môi. Tụ này tuy có thể tích nhỏ nhưng lại có trị số rất lớn.
• Tụ vi chỉnh và tụ xoay: Bao gồm loại tụ kim loại, mica và gốm. Đây là loại tụ có giá trị nhỏ nhất (100pF- 500pF). Tụ có khả năng xoay để thay đổi giá trị điện dung nên được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio, giúp thay đổi tần số cộng hưởng khi xuất hiện thao tác dò đài.

Công dụng của tụ điện

• Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng điện. Lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
• Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua. Giúp tụ điện có thể dẫn điện 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. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
• Hơn nữa, do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều. Cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tí hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
• Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.

Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện.

* Với tụ hoá : Giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ

=> Tụ hoá là tụ có phân cực (-) , (+) và luôn luôn có hình trụ .

Tụ hoá ghi điện dung là 2200 µF / 35V

* Với tụ giấy , tụ gốm : Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu

Tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu.

Cách đọc :Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 )

Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là Giá trị = 47 x 10 4 = 470000 p ( Lấy đơn vị là picô Fara) = 470 n Fara = 0,47 µF

Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện .

B = ± 0,1 pF.

C = ± 0,25 pF.

D = ± 0,5 pF cho các tụ điện dưới 10 pF, hoặc ± 0,5% cho các tụ điện trên 10 pF.

F = ± 1 pF hoặc ± 1%

G = ± 2 pF hoặc ± 2%

J = ± 5%.

K = ± 10%.

M = ± 20%.

Các thiết bị trong công nghiệp như đo mức, bộ chuyển đổi, bộ điều khiển cũng không thể thiếu các tụ điện…

Đó là về một số thông tin mà mình chia sẻ về tụ điện. Hy vọng bài viết sẽ giúp ích cho các bạn. Cám ơn và chúc các bạn thành công.