Hồi nhỏ không hiểu tại sao cái loa lại phát ra âm thanh được. Bây giờ lớn lên rồi… vẫn không hiểu… Đến khi biết là do cuộn dây bên trong thì mới đi đọc về cuộn cảm.

Cuộn cảm là gì? Công dụng của cuộn cảm, các loại cuộn cảm, cuộn cảm cao tần… Bài viết hôm nay ta sẽ cùng tìm hiểu các nội dung trên…

Nắm được lý thuyết về các linh kiện điện tử sẽ giúp chúng ta tự tin hơn khi tìm hiểu về các thiết bị điện…

A Phần cơ bản | Linh kiện điện tử thụ động

  • Cuộn cảm là gì? Là 1 linh kiện điện tử thụ động, là đại lượng vật lý đặc trưng cho tính chất cản trở dòng điện của vật liệu, nhưng chỉ ở điện áp xoay chiều (AC) và đồng thời nó cũng tạo ra từ trường biến thiên
Công dụng của cuộn cảm ở điện áp 1 chiều là gì? Khác với tụ điện, cuộn cảm như là 1 dây dẫn, cho dòng điện đi qua. Và đồng thời nó tạo ra từ trường không đổi như nam châm vĩnh cửu vậy
Công dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm ở dòng 1 chiều và xoay chiều, (Click vào ảnh động để xem)
  • Do tạo ra từ trường khi có dòng điện đi qua nên nó được dùng trong nam châm điện, trong relay (Rơ le – công tắc điện từ) để tắt bật các mạch điện…
Cuộn cảm dùng trong loa
Cuộn cảm dùng trong loa
  • Cái loa phát được âm thanh cũng là do cuộn cảm. Khi có dòng điện khác nhau đi qua, cuộn dây (cuộn cảm) dao động và làm cho màng loa gắn với nó cũng dao động theo. Nhờ có dao động này nên ta mới nghe được âm thanh.

B Phần nâng cao

1 Cuộn cảm là gì? Ký hiệu, đơn vị của cuộn cảm

1.1 Cuộn cảm là gì?

Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) là một loại linh kiện điện tử thụ động tạo từ một dây cách điện quấn thành 1 cuộn dây, sinh ra từ trường khi có dòng điện chạy qua. Cuộn cảm có độ tự cảm L đo bằng đơn vị Henry (H).

Công dụng của cuộn cảm
Từ trường sinh ra trong cuộn cảm

Còn từ trường, quy tắc bàn tay phải các bạn có thể đọc thêm từ wikipedia.

1.2 Ký hiệu, đơn vị của cuộn cảm

Ký hiệu: Cuộn cảm có ký hiệu là L (Inductor). Các cuộn cảm có giá trị thường nằm trong khoảng từ 1  µH (10−6H) đến 20H

1 µH = 10-6 H

1 nH = 10-9 H

1 pH = 10-12 H

Đơn vị điện trở là H (Henry)

2 Các thông số trong cuộn cảm cần quan tâm

Khi sử dụng cuộn cảm ta cần quan tâm đến các thông số như hệ số tự cảm, cảm kháng, nội trở cuộn dây, khả năng chịu đựng dòng điện.

Các thông số này giúp ta hiểu rõ công dụng của cuộn cảm và cần thiết trong tính toán và thực hành sau này.

2.1 Hệ số tự cảm của cuộn dây

Khi dòng điện chạy qua cuộn dây thay đổi, từ trường biến thiên theo thời gian tạo ra suất điện động trong dây dẫn, được mô tả bằng định luật cảm ứng Faraday.

Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua.

Mối liên hệ suất điện động và từ trường
Mối liên hệ suất điện động và từ trường
2.2 Cảm kháng cuộn dây (ZL)

Theo định luật Lenz , điện áp cảm ứng xu hướng chống lại sự thay đổi của dòng điện tạo ra nó. Kết quả là, các cuộn cảm chống lại bất kỳ sự thay đổi nào của dòng điện qua chúng.

ZL = 2πfL    Trong đó : 
      • ZL là cảm kháng, đơn vị là Ω
      • f là tần số đơn vị là Hz
      • L là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry (H)
Công dụng của cuộn cảm
Cảm kháng của cuộn cảm (Click to zoom)
Từ hình động, độ sáng bóng đèn khác nhau tùy theo nguồn là 1 chiều, xoay chiều ở 1KHz hay 5KHz. Tần số càng cao thì cảm kháng càng lớn nên cản trở dòng xoay chiều. Riêng dòng 1 chiều có tần số 0Hz nên cuộn cảm không cản trở dòng điện.
2.3 Nội trở của cuộn dây (rL)

Nội trở của cuộn dây là giá trị điện trở của dây dẫn tạo nên cuộn dây. Ký hiệu là (rL). Trong ngành điện tử dân dụng các cuộn dây được sử dụng thường có hệ số tự cảm (L) nhỏ nên điện trở nội (rL) rất nhỏ.

Do đó, các cuộn dây không ghi giá trị nội trở (xem như nội trở bằng 0).

2.4 Khả năng chịu đựng dòng điện

Khi mạch điện hoạt động sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây. Nếu dòng điện đi qua cuộn dây quá lớn sẽ làm đứt cuộn dây nên người ta quy định dòng điện cực đại của cuộn cảm.

3 Các loại cuộn cảm, cách đọc giá trị cuộn cảm

3.1 Các loại cuộn cảm

Với các loại khác nhau, công dụng của cuộn cảm cũng khác nhau. Chúng chủ yếu phân chia theo lõi bên trong cuộn dây, được chia thành: Cuộn cảm lõi không khí, cuộn cảm lõi sắt từ, cuộn cảm biến đổi.

3.1.1 Air-core Inductor (cuộn cảm lõi không khí)

Thuật ngữ Air-core Inductor mô tả một cuộn cảm không sử dụng lõi từ được làm bằng vật liệu sắt từ. Thuật ngữ này dùng để chỉ các cuộn dây chỉ có không khí bên trong cuộn dây

Cuộn cảm lõi không khí
Cuộn cảm lõi không khí

Cuộn cảm lõi không khí có độ tự cảm thấp hơn cuộn lõi sắt từ, nhưng thường được sử dụng ở tần số cao vì chúng không bị tổn thất năng lượng. Một tác dụng phụ có thể xảy ra trong các cuộn dây lõi không khí đó là rung động cơ học của các cuộn dây có thể gây ra sự thay đổi độ tự cảm.

3.1.2 Ferromagnetic-core inductor (Cuộn cảm lõi sắt từ)

Cuộn cảm lúc này sử dụng một lõi từ làm bằng sắt từ hoặc vật liệu như sắt hoặc ferit để tăng độ tự cảm (L).

Cuộn cảm lõi sắt từ
Cuộn cảm lõi sắt từ

Tuy nhiên, các đặc tính từ tính của vật liệu lõi gây ra một số tác dụng phụ làm thay đổi hoạt động của cuộn cảm. Các tác dụng phụ gây ra như dòng điện xoáy, tổn thất năng lượng

3.1.3 Variable Inductor (Cuộn cảm biến đổi)

Có lẽ loại cuộn cảm biến thiên phổ biến nhất hiện nay là loại có lõi từ tính chuyển động được, có thể trượt, vặn vào hoặc vặn ra khỏi cuộn dây. Di chuyển lõi ra xa cuộn dây làm tăng tính từ thẩm (tính thấm của từ trường vào vật liệu), tăng từ trường và độ tự cảm.

Cuộn cảm biến đổi
Cuộn cảm biến đổi

Nhiều cuộn cảm được sử dụng trong các ứng dụng vô tuyến (thường nhỏ hơn 100 MHz) sử dụng lõi điều chỉnh để điều chỉnh các cuộn cảm đó đến giá trị mong muốn của chúng, vì quy trình sản xuất có sai số nhất định.

3.2 Cách đọc các loại cuộn cảm
3.2.1 Cuộn cảm được viết theo mã số

Các cách ký hiệu mã số rất giống nhau. Từ ví dụ bên dưới và bảng sai số bạn có thể đọc được giá trị chính xác cuộn cảm loại này

Cách đọc cuộn cảm
Cách đọc cuộn cảm (Click to zoom)
3.2.2 Cuộn cảm 4 vạch màu, 5 vạch màu

Cuộn cảm cũng sử dụng nguyên tắc ghi, vạch màu như điện trở. Cách đọc cũng như đọc điện trở. Tuy nhiên đơn vị của nó là μH. 

Các bạn chưa đọc bài viết về cách đọc giá trị điện trở có thể xem tại đây

  • Khi đọc các vạch là các vòng màu được in gần một đầu của cuộn cảm để khi đọc sẽ bắt đầu đọc từ đầu đó theo thứ tự
  • Sự khác nhau giữa 4 vạch và 5 vạch là vạch đầu tiên của cuộn cảm 5 vạch có màu bạc cho biết cuộn cảm được sử dụng trong các ứng dụng cấp quân sự, 4 vạch màu còn lại được đọc như cuộn cảm 4 vạch

Các bạn nhìn click vào ảnh để xem rõ hơn cách đọc. Tiếp theo ta sẽ sang nguyên lý phóng nạp của cuộn cảm và cách mắc.

4 Nguyên lý phóng nạp, cách mắc các loại cuộn cảm

4.1 Nguyên lý phóng nạp của cuộn cảm

Khi đã biết cuộn cảm là gì, các loại cuộn cảm, công dụng của cuộn cảm, ta sẽ tiếp tục tìm hiểu nguyên lý phóng nạp của nó. Click vào hình động .gif bên dưới để xem nhá.

Nguyên lý phóng nạp của cuộn cảm
Nguyên lý phóng nạp của cuộn cảm (Click to zoom)

Trong quá trình nạp, do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột nên dòng điện qua cuộn cảm tăng dần. Bóng đèn lúc này sáng lên từ từ.

Khi đổi hướng công tắc, quá trình phóng bắt đầu, năng lượng mà cuộn dây tích lũy được sẽ phóng qua đèn làm đèn sáng.

4.2 Mắc nối tiếp

Click vào ảnh động để xem dòng điện di chuyển.

Công dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm mắc nối tiếp (Click to zoom)

Công thức tính cảm kháng tương đương

ZL = Z1 + Z2
4.3 Mắc song song
Công dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm mắc song song (Click to zoom)

Công thức tính cảm kháng tương đương

1/ZL = 1/Z1 + 1/Z2
4.4 Mắc hỗn hợp
Công dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm mắc hỗn hợp (Click to zoom)

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

C Phần tổng kết

Ta đã cùng nhau tìm hiểu và trả lời câu hỏi cuộn cảm là gì, công dụng của cuộn cảm. Nội dung về cuộn cảm chúng ta vừa xem bao gồm:

    • Khái niệm cuộn cảm là gì, cuộn cảm, tụ điện, điện trở đều là linh kiện điện tử thụ động
    • Tính chất cản trở dòng điện xoay chiều, dẫn dòng 1 chiều và tạo ra từ trường ở cả 2 loại dòng điện
    • Cách đọc các giá trị cuộn cảm có ký hiệu là mã số và mã vạch
    • Công dụng của cuộn cảm là gì? Thực tế nhất là cuộn cảm dùng trong loa, micro, công tắc điện từ (relay). Ở các mạch điện nó sử dụng trong mạch cộng hưởng, mạch lọc nhiễu cao tần…

Trước khi sử dụng ta cần nắm được công dụng của cuộn cảm. Để có thể áp dụng vào đúng nơi, đúng việc. Chú ý kiểm tra trước khi lắp sử dụng.

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

Bạn có thắc mắc gì trong bài viết không?

Đánh giá và để lại bình luận bên dưới nhá.

5/5 - (2 bình chọn)

Để lại câu trả lời

Vui lòng nhập bình luận của bạn
Vui lòng nhập tên của bạn ở đây