#2_Cấu tạo của tụ điện

Phần nâng cao

Cấu tạo của tụ điện, điện môi, các cách mắc tụ điện

Khái niệm, cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện rất đơn giản. Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi (những chất không dẫn điện). Khi có chênh lệch điện thế tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.

Người ta thường dùng giấy, gốm, mica,… làm chất điện môi và tụ điện cũng được phân loại theo tên gọi của các chất điện môi này như: Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ hoá…

Trong tụ điện thì điện dung phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức:

C = ε_r.ε₀.S/d

Trong đó:

• • C: điện dung, có đơn vị là farad [F];
  • ε_r: Là hằng số điện môi hay còn gọi là điện thẩm tương đối (so với chân không) của lớp cách điện;
  • ε₀: Là hằng số điện thẩm (ε₀ ≈ 8.8*10^-12);
  • d: là chiều dày của lớp cách điện;
  • S: là diện tích bản cực của tụ điện.

Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor)

Đơn vị tụ điện là F (Fara) , µF , nF, pF

Điện áp làm việc

Giá trị điện áp tức thời có thể cao hơn điện áp này một chút, nhưng nếu quá cao, ví dụ bằng 200% định mức, thì lớp điện môi có thể bị đánh thủng, gây chập tụ.

Nhiệt độ làm việc

Nhiệt độ làm việc của tụ điện thường được hiểu là nhiệt độ ở vùng đặt tụ điện khi mạch điện hoạt động. Tụ điện phải được chọn với nhiệt độ làm việc cao nhất cao hơn nhiệt độ này.

Thông thường nhiệt độ được thiết lập do tiêu tán điện năng biến thành nhiệt của mạch, cộng với nhiệt do môi trường ngoài truyền vào nếu nhiệt độ môi trường cao hơn.

Song với các tụ có mức rò điện cao, thì xảy ra sự tiêu tán điện năng biến thành nhiệt trong tụ điện, làm cho nhiệt độ trong tụ điện cao hơn xung quanh. Các hư hỏng nổ tụ thường liên quan đến hiện tượng này.

Phân loại, cách đọc và nguyên lý phóng nạp

Tụ điện phân cực

• Hầu hết tụ hóa là tụ điện phân cực, tức là nó có cực xác định. Khi đấu nối phải đúng cực âm – dương. Từ cấu tạo của tụ điện này, tụ phân cực thường dùng nhiều trong các bộ lọc nguồn

• Thường trên tụ có kích thước đủ lớn thì cực âm phân biệt bằng dấu – trên vạch màu sáng dọc theo thân tụ, khi tụ mới chưa cắt chân thì chân dài hơn sẽ là cực dương.

• Các tụ cỡ nhỏ, tụ dành cho hàn dán SMD thì đánh dấu + ở cực dương để đảm bảo tính rõ ràng.

Tụ điện không phân cực

Tụ điện không phân cực thì không xác định cực dương âm, như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica,… Các tụ có trị số điện dung nhỏ hơn 1 μF thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu. Các tụ cỡ lớn, từ một vài μF đến cỡ Fara thì dùng trong điện dân dụng (tụ quạt, mô tơ,…).

• Tụ giấy: Tụ điện giấy là một loại tụ điện thông dụng. Nó có dải điện dung từ 500 pF đến 50μF và điện áp làm việc cao.

• Tụ gốm: Tụ gốm là một tụ điện có giá trị cố định, trong đó vật liệu gốm là chất điện môi. Nó được chế tạo từ hai hoặc nhiều lớp gốm sứ xen kẽ

• Tụ Mica: Có cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay nhựa có cầu tạo màng mỏng. Đây là loại tụ điện tổn hao thấp, nên thường được sử dụng ở tần số cao và giá trị của chúng không thay đổi nhiều theo thời gian

• Tụ điện có trị số biến đổi: Hay còn gọi tụ xoay (cách gọi theo cấu tạo), là tụ có thể thay đổi giá trị điện dung. Tụ này thường được sử dụng trong kỹ thuật Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài (kênh tần số).

Cách đọc các loại tụ điện

Với cấu tạo của tụ điện khác nhau, cách ký hiệu trên thân tụ tương ứng cũng khác nhau.

• Với tụ hóa (Tụ phân cực): Các giá trị điện dung và điện áp làm việc của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ

• Với các tụ khác (Như tụ giấy, tụ gốm, tụ mica): Giá trị của điện dung được ghi bằng kí hiệu.

Ngoài ra có 1 số tụ ký hiệu chỉ có 2 số, ví dụ như tụ gốm 33(pF)

Nguyên lý phóng nạp của tụ điện

Công dụng của tụ điện 1 phần nhờ vào cách phóng nạp của nó. Click vào ảnh để xem quá trình phóng nạp nhá.

Quá trình phóng nạp ở trên rất trực quan. Đầu tiên là quá trình nạp, điện áp được nạp vào tụ điện từ từ, khi nạp đầy thì đèn sẽ tắt do hiệu điện áp 2 đầu đèn là 5V – 5V = 0

Tiếp theo là quá trình phóng, khi đổi chiều công tắc, ngay lập tức điện áp 1 đầu của đèn là 0V, chênh lệch điện áp sẽ làm đèn sáng, cực (+) của tụ phóng điện về cực (-)

Các cách mắc tụ điện

Mắc nối tiếp

Công thức tính điện dung tương đương

1/C_td = 1/C₁ + 1/C₂

Mắc song song

Công thức tính điện dung tương đương

C_td = C₁ + C₂

Mắc hỗn hợp

Đây là tổng hợp của 2 cách mắc song song và nối tiếp ở trên.

Phần tổng kết

Ta đã cùng nhau tìm hiểu và trả lời câu hỏi Cấu tạo của tụ điện, công dụng của tụ điện. Nội dung về tụ điện chúng ta vừa xem bao gồm:

• Cấu tạo của tụ điện, và tụ điện giống điện trở đều là linh kiện điện tử thụ động
• Tính chất cản trở dòng điện xoay chiều, công thức tính, phân loại
• Cách đọc các giá trị tụ điện phân cực và tụ không phân cực
• Công dụng của tụ điện là gì? Có rất nhiều công dụng, chặn dòng 1 chiều, phối hợp làm mạch cổng hưởng, mạch lọc..

Tụ điện được sử dụng trong hầu hết các mạch điện. Trước khi sử dụng ta cần chú ý phân biệt tụ phân cực và không phân cực. Sau đó đọc và đo giá trị để kiểm tra tụ điện có bị hỏng chưa. Rồi mới lắp vào mạch, tránh sai sót khi sử dụng.

Bạn có thể đọc thêm về các linh kiện điện tử khác:

• #1_Điện trở | Linh kiện điện tử thụ động
• #3_Cuộn cảm | Linh kiện điện tử thụ động
• #4_Biến áp | Linh kiện điện tử thụ động

Bạn có thắc mắc gì trong bài viết không?

Đánh giá và để lại bình luận bên dưới nhá.