Tụ điện là gì? Tìm hiểu cấu tạo, công dụng, cách đo

Tụ điện là gì?

Tụ điện có tên tiếng anh capacitor, là linh kiện điện điện tử thụ động, cấu thành từ 2 vật dẫn đặt ngăn cách nhau bởi 1 lớp cách điện (thường sử dụng giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica…) . Khi điện thế tại 2 bề mặt chênh lệch, tại đó sẽ xuất hiện xuất hiện điện tích cùng điện lượng trái dấu nhau.

Thiết bị có tính cách điện 1 chiều nhưng vẫn cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp. Tụ điện có thể sử dụng linh hoạt trong các mạch điện tử khác nhau như mạch tạo dao động, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều,…

Ký hiệu của tụ điện

Tụ điện cũng giống như các thiết bị, linh kiện khác cũng được ký hiệu rõ  ràng đơn giản giúp dễ dàng ghi nhớ. Ký hiệu của tụ điện là C – viết tắt của từ capacitor. Trong bản vẽ, thiết kế mạch điện, tụ điện cũng được ký hiệu riêng  giúp việc đọc mạch nhanh chóng, nắm bắt được vị trí lắp đặt và thi công thiết bị. Sau đâu là các ký hiệu tụ điện thường được sử dụng.

Ký hiệu của tụ điện

Đơn vị đo tụ điện

Tụ điện có đơn vị là Fara, viết tắt là F, được quy đổi theo mức thang đo lớn nhỏ như sau:

• 1 Fara: 1F = 10^-6 MicroFara (μF) = 10^-9 Nano Fara (nF) = 10^-12 Pico Fara (pF)

Cấu tạo của tụ điện

Để giúp bạn hiểu rõ hơn tụ điện là gì, AME Group cung cấp cho bạn thông tin chi tiết về cấu tạo. Tụ điện được tạo thành bởi những bộ phận chính như sau:

• Tấm kim loại: Sử dụng ít nhất 2 dây dẫn thường là tấm kim loại, 2 tâm nhày được đặt song song với nhau với chất điện môi hay chất cách điện ở giữa.
• Chất điện môi: Sử dụng các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, mica, gốm, màng nhựa hay không khí. Chất điện môi có vai trò tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

Cấu tạo của tụ điện

Phân loại tụ điện

Tụ điện hiện nay có rất nhiều loại khác nhau, tùy theo các  tiêu chí mà chúng được phân chia cụ thể dưới đây:

Theo kết cấu cực

• Tụ điện phân cực: Được phân rõ ràng 2 đầu âm (-) và dương (+), đây thường là loại tụ tantalum và tụ hóa học
• Tụ điện không phân cực: Không được phân cực rõ ràng nên có thể đấu nối tự do và điện 1 chiều và xoay chiều.

Theo cấu tạo điện môi và dạng thức

• Tụ gốm đa lớp: Sử dụng gốm là chất cách điện, độ bền cao từ 4-5 lần gốm thường, sử dụng cho điện áp cao tần.
• Tụ mica màng mỏng: Điện môi làm từ mica hoặc nhựa mỏng như: Mylar, Polyester, Polycarbonate, Polystyrene.
• Tụ bạc – tụ mica: Bàn cực làm từ bạc, điện dung từ vài pF đến vài nF, dễ bị nhiệt độ tác động, sử dụng trong cao tần.
• Tụ siêu hóa: Sử dụng điện môi là đất hiếm nên có trọng lượng nặng, với số trị cực lớn lên tới nhiều Farad. Tụ siêu hóa thường được dùng nhu nguồn pin cho các mạch điện cần cấp nguồn liên tục.
• Tụ hóa sinh: Sử dụng thay thế cho pin khi lưu trữ điện năng trong thiết bị di động. Nền dung môi sử dụng Alginate (từ tảo biển nâu) với lượng điện tích trữ  cực lớn tuy nhiên giảm khoảng 15% sau mỗi chu kỳ sạc (khoảng 10.000 lần).
• Tụ tantalum: Dùng bản cực ngôn mà gel tantal để làm dung môi, có trị số lớn nhưng thể tích lại khá  nhỏ.
• Tụ vi chỉnh và tụ xoay: Có thể thay đổi được điện dung, gồm các loại tụ kim loại, gốm, mica với giá trị nhỏ nhất trong các loại trên (100pF- 500pF), có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung ứng dụng trong mạch điều chỉnh radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi có thai tác dò đài.

Khả năng biến đổi điện dung

• Tụ điện tuning: Thay đổi dải điện dung rộng, ứng dụng trong mạch điều hưởng
• Tụ điện trim: Thay đổi dải điện dung để vi chỉnh
• Tụ điện vacuum biến đổi: Hiện loại này đã lỗi thời và rất hiếm khi được sử dụng

Theo tính ứng dụng đặc biệt

• Tụ điện filter: Cấu tạo với 1 cực và vỏ nối mát, cự còn lại dạng trụ 2 đầu nối, thường dùng làm tụ lọc nhiễu
• Tụ điện motor: Ứng dụng cho motor để khởi động và tạo từ trường xoay
• Tụ điện photoflash: Dùng trong đèn flash trong điện thoại, máy ảnh với khả năng phóng điện nhanh

Phân loại tụ điện

Nguyên lý hoạt động

Tụ điện hoạt động dựa trên 2 nguyên lý phóng nạp và nạp xả, chi tiết như sau:

• Nguyên lý phóng nạp: Khả năng tích trữ năng lượng điện như ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường. Tụ điện là nơi lưu trữ các electron cà phóng chúng ra để tạo thành các dòng điện. Chúng khác với ắc quy bởi không có khả năng sinh ra các điện tích  mà chỉ lưu trữ
• Nguyên lý xả nạp: Nguyên lý quan trọng giúp tụ điện có thể cho các dòng điện xoay chiều đi qua, cụ thể sự chênh lệch điện thế trên 2 bề mặt là điện thế xoay chiều, sự tích lũy điện bị chậm pha so với điện áp tạo ra kháng trở trong mạch điện xoay chiều. Nếu điện áp của 2 bản mạch không thay đổi đột ngột mà không biến thiên theo thời gian, khi nạp hoặc xả tụ sẽ gây nổ và có tia lửa do điện áp thay đổi đột ngột.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Công dụng của tụ điện là

Hiện nay, tụ điện là linh kiện xuất hiện trong nhiều mạch điện khác nhau. Nếu đang tìm hiểu tụ điện là gì thì bạn không thể bỏ qua  các thông tin về công dụng của chúng.

• Lưu trữ điện năng: Khả năng lưu trữ điện năng của tụ điện lớn có thể tương đương với ắc quy đồng thời không làm tiêu hao điện năng trong quá trình lưu trữ.
• Cho điện áp xoay chiều đi qua: Khi cho điện xoay chiều chạy qua, tụ điện có vai trò như 1 điện trở đa năng, khi tần số điện xoay chiều lớn thì dung kháng càng nhỏ nhờ vậy mà điện áp lưu thông qua tụ điện dễ dàng.
• Khả năng nạp xả thông minh: Có thể nhắn điện áp 1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông đồng thời truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại để có thêm sự chênh lệch điện thế.
• Lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều: Tụ điện có khả năng loại bỏ pha âm nên có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều giúp ứng dụng nhiều trong thực tế.

Cách đọc giá trị trên tụ điện

Thông thường, trên tụ điện thường có ghi rõ các thông số của chúng, bạn cần nắm được cách đọc thông số đó 1 cách chính xác giúp việc lựa lựa chọn linh kiện phù hợp. Tùy theo từng loại tụ mà chúng đọc thông số khác nhau:

• Tụ hóa: Giá trị điện dung ghi trực tiếp trên thân tụ, phân cực âm dương rõ ràng

Giá trị của tụ hóa được ghi rõ trên thân tụ

• Tụ giấy, tụ gốm: Các trị số được ghi bằng ký hiệu, ta lấy 2 chữ số đầu nhân với 10 ^{(Số thứ 3)}. chữ cái cuối cùng thường là K hoặc J thể hiện sái số 5% hoặc 10% của tụ

Ví dụ: Trên tụ ghi 352 thì giá trị điện dung là: 35 x 10² = 3500p = 3.5 nF

Giá trị tụ điện giấy, tụ gốm

Bên cạnh quan tâm đến giá trị điện dung thì đọc trị số điện áp ghi trên tụ 1 cách chính xác sẽ giúp bạn biết được giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, nếu vượt quá sẽ bị nổ tụ. Giá  trị điện áp luôn được ghi trên thân tụ trong đó điện áp tụ luôn cao gấp khoảng 1.4 lần so với điện áp  của mạch.

Cách mắc tụ điện trong thực tế

Trong thực tế, người ta thường có 2 cách mắc tụ điện là mắc song song và mắc nối tiếp.

Tụ điện mắc nối tiếp:

• 2 tụ mắc nối tiếp: Ctđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )
• 3 hoặc nhiều tụ mắc nối tiếp: 1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )
• Tổng điện áp các tụ: U tđ = U1 + U2 + U3

Lưu ý: Khi mắc các tụ điện nối tiếp cần chú ý chiều điện cực, cực tâm tụ trước cần nối với cực dương tụ sau sau.

Tụ điện mắc song song:

• Tổng điện dung: C = C1 + C2 + C3
• Điện áp chịu đựng của tụ = điện áp của tụ có điện áp thấp nhất
• Các tụ hóa cần được đấu cùng chiều âm dương

Cách mắc tụ điện

Ứng dụng của tụ điện trong thực tế

Trong thực tế, các loại tụ điện được ứng dụng rất đa dạng, cụ thể:

• Dùng trong các mạch điện của kỹ thuật, điện tử, trong các mạch giúp truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động,…
• Lắp đặt trong hệ thống âm thanh xe hơi với khả năng lưu trữ điện năng dùng cho bộ khuếch đại.
• Xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.
• Ứng dụng trong lĩnh vực quân sự dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…
• Ứng dụng để làm nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng lớn.
• Tụ điện ứng dụng trong xử lý tín hiệu, khởi động động cơ hay điều chỉnh mạch.

Cách kiểm tra tụ điện còn sống hay đã hỏng

Để biết tụ điện của mình còn sử dụng tốt hay đã bị hỏng, quý vị hay thực hiện kiểm tra theo các bước sau đây:

Kiểm tra tụ giấy, tụ gốm: Thường bị rò rỉ hoặc chập

• Sử dụng thiết bị đo chuyên dụng để kiểm tra 3 tụ điện C1, C2, C3 có điện dung bằng nhau với C1 là tụ tốt, C1 tụ bị rò, C3 là tụ bị chập.
• Điều chỉnh đồ hồ đo ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, tiến hành kiểm tra:
• Tụ C1- tụ tốt: kim đót phóng lên 1 chút rồi về vị trí cũ (tụ << 1nF thì kim sẽ không phóng nạp).
• Tụ C2 – bị rò: Kim lưng chừng thang đo sau đó dừng lại và đứng yên ở vị trí đó
• Tụ C3 – bị chập: Kim lên = 0 Ω và không trở về

Kiểm tra tụ hóa:  thường gặp tình trạng bị khô làm điện dung bị giảm

• Kiểm tra tụ hóa C2 có trị số 100µF, dùng thêm 1 tụ điện C1 mới để so sánh mức điện dung
• Để đồ hồ ở thang đo x1Ω đến x100Ω, đo 2 tụ và so sánh độ phóng nạp:
• Thụ C2 phóng nạp kém hơn C1 ⇒ tụ bị khô
• Tụ C2 phóng nạp bằng C1 ⇒ tụ còn tốt
• Tụ C2 kim đo lên và không về vị trí bạn đầu ⇒ tụ bị rò

Cách kiểm tra tụ điện

Hiện nay, tụ điện là thiết bị được dùng nhiều trong đời sống từ sinh hoạt đến sản xuất. Hy vọng với các thông tin AME Group cung cấp ở trên sẽ giúp bạn hiểu rõ tụ điện là gì, cấu tạo, nguyên lý cũng như công dụng của chúng. Hãy tiếp tục theo dõi chúng tôi trong các bài viết tiếp theo để nhận được thông tin hữu ích nhất nhé!