Tụ điện là gì? cấu tạo, công dụng và cách đo kiểm tra tụ điện

Tụ điện là gì?

Tụ điện (tiếng Anh gọi là capacitor) là một linh kiện điện tử thụ động được cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song và được ngăn cách bởi một lớp điện môi. Tụ điện có khả năng cách điện trong mạch điện một chiều nhưng lại cho phép dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp của nó.

Khi nói đến tụ điện, người ta thường ký hiệu bằng chữ C trong các sơ đồ mạch điện.

Hình dáng thực tế của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện cơ bản bao gồm hai dây dẫn điện, thường là dạng tấm kim loại, được đặt song song và ngăn cách bởi một lớp điện môi. Lớp điện môi này giúp tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

Các dây dẫn của tụ điện có thể được làm từ nhiều chất liệu khác nhau như giấy bạc, màng mỏng, …

Điện môi trong tụ điện thường là các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các chất này giúp tăng khả năng tích điện và giữ cho tụ điện hoạt động hiệu quả.

Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện

Điện dung là đại lượng phản ánh khả năng tích điện của tụ điện trên hai bản cực. Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu của lớp điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực theo công thức:

C = ξ . S / d

• 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.
• S: Diện tích bản cực của tụ điện.

Đơn vị điện dung: Đơn vị tiêu chuẩn là Fara (F), nhưng trong thực tế thường sử dụng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), và PicoFara (pF).

• 1 Fara = 1.000.000 µF = 1.000.000.000 nF = 1.000.000.000.000 pF
• 1 µF = 1.000 nF
• 1 nF = 1.000 pF

Ký hiệu: Tụ điện được ký hiệu là C và đơn vị là Fara (F).

Công thức tính điện dung của tụ điện

Tụ điện mắc nối tiếp

Khi các tụ điện mắc nối tiếp, điện dung tương đương C tđ được tính theo công thức:

1 / C tđ = (1 / C1) + (1 / C2) + (1 / C3)

Trong trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp, công thức trở thành:

C tđ = C1.C2 / (C1 + C2)

Điện áp chịu đựng của tụ tương đương là tổng điện áp của tất cả các tụ trong mạch.

Tụ điện mắc song song

Khi các tụ điện được mắc song song, điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ:

C = C1 + C2 + C3

Điện áp chịu đựng của các tụ điện khi mắc song song tương đương với điện áp của tụ có điện áp thấp nhất.

Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện

Đối với tụ hóa: Giá trị điện dung thường được ghi trực tiếp trên thân tụ. Tụ hóa có phân cực và luôn có hình trụ. Ví dụ, một tụ hóa có thể ghi là 185 µF / 320 V.

Đối với tụ giấy và tụ gốm: Tụ giấy và tụ gốm thường ghi trị số bằng ký hiệu. Ví dụ, tụ gốm có thể ghi là 474K, có nghĩa là:

• Giá trị = 47 x 10⁴ pF = 470 nF = 0,47 µF

Chữ K hoặc J ở cuối trị số là chỉ sai số của tụ điện.

Thực hành đọc trị số của tụ điện

Khi đọc trị số tụ giấy hoặc tụ gốm, cần chú ý rằng ký hiệu K chỉ ra sai số của tụ. Ví dụ, một tụ có giá trị điện áp 50V là điện áp cực đại mà tụ chịu được.

Các loại tụ điện thông dụng

Tụ hóa (tụ phân cực)

Tụ hóa là loại tụ có phân cực (-) và (+), thường có hình trụ. Điện dung của tụ hóa thường từ 0,47 µF đến 4700 µF.

Tụ gốm, tụ mica, tụ giấy

Các loại tụ này thường không phân cực và có hình dẹt, không phân biệt âm dương. Điện dung của chúng thường khá nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF.

Tụ xoay

Tụ xoay có khả năng thay đổi giá trị điện dung và thường được sử dụng trong các thiết bị như radio để điều chỉnh tần số.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Tụ điện hoạt động dựa trên nguyên lý tích trữ năng lượng điện dưới dạng điện trường. Khi có điện áp, tụ điện sẽ nạp điện và lưu trữ các electron. Khi cần, tụ điện có thể phóng điện để tạo ra dòng điện. Điều này giúp tụ điện dẫn điện xoay chiều trong các mạch điện.

Cách đo kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng

Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm

Để kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm, bạn cần sử dụng đồng hồ vạn năng. Khi đo, chú ý chọn thang đo đúng và đảo chiều kim đồng hồ để có kết quả chính xác.

Đo kiểm tra tụ hóa

Tụ hóa thường ít bị dò hay chập nhưng có thể bị khô, làm giảm điện dung. Để kiểm tra, so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt cùng điện dung.

Công dụng của tụ điện

• Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện hiệu quả, tương tự như ắc-quy nhưng không tiêu hao năng lượng.
• Cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp truyền tín hiệu trong các mạch điện.
• Có khả năng lọc điện áp xoay chiều để chuyển đổi thành điện áp một chiều mịn màng.

Ứng dụng của tụ điện trong thực tế

• Được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và điện tử.
• Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi và nhiều loại thiết bị điện khác.
• Được sử dụng trong các máy tính và thiết bị lưu trữ điện năng.
• Có vai trò quan trọng trong các thiết bị quân sự, radar và thí nghiệm vật lý.

Với những lợi ích và ứng dụng đa dạng, tụ điện thực sự là một linh kiện không thể thiếu trong ngành điện và điện tử ngày nay.