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

Tụ điện là gì?

tụ điện (trong tiếng Anh là tụ điện) là một linh kiện điện tử thụ động được ngăn cách bởi một lớp điện môi giữa hai cực song song. Tụ điện có đặc tính cách điện. 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều thông qua nguyên lý phóng điện tích.

Ký hiệu: Điện dung được biểu thị bằng c

Các ký hiệu của tụ điện trong mạch

Hình dạng thực tế của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện

Cấu trúc tụ điện bao gồm ít nhất hai dây dẫn điện, thường ở dạng các tấm kim loại. Hai bề mặt được đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

Cấu tạo của tụ điện

Các dây dẫn của tụ điện có thể được sử dụng làm lá, phim, v.v.

Chất điện môi được sử dụng trong tụ điện là các chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm, gốm sứ, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các chất điện môi này không dẫn điện để tăng khả năng lưu trữ năng lượng điện của tụ điện. Tụ điện có tên tương ứng dựa trên độ cách điện giữa hai bản cực.

Dung lượng, đơn vị và ký hiệu của tụ điện

Điện dung: Là đại lượng biểu thị khả năng tích điện ở hai cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích các bản, vật liệu làm điện môi và khoảng cách giữa hai bản theo công thức c = ξ. s / d

• • trong đó c: là điện dung của tụ điện, tính bằng Farads (f)

    • • ξ: là hằng số điện môi của lớp cách điện.

        • • d: là chiều dày của lớp cách điện.

            • • s: là diện tích bản của tụ điện.

                Đơn vị dung lượng của tụ điện : Đơn vị là farad (f), 1 farad là rất lớn, vì vậy trong thực tế, các đơn vị nhỏ hơn thường được sử dụng, chẳng hạn như microfarads (µf), nanofarads (nf)), picofarad (pf).

                • • 1 farad = 1.000.000 µ farad = 1.000.000.000 n f = 1.000.000.000.000 p f

                    • • 1 µ fara = 1.000 n fara

                        • • 1 n fara = 1,000 p fara

                            ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu c (tụ điện)

                            Đơn vị của điện dung là farad (f) Giá trị của 1 farad rất lớn, trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như: 1µf = 10-6f; 1ηf = 10-9f; 1pf = 10-12f

                            Ngoài khái niệm tụ điện, người ta thường nói đến chất điện môi trong tụ điện, vậy chất điện môi là gì?

                            Chất điện môi là chất dẫn điện kém và là vật liệu có điện trở suất cao (107 ÷ 1017Ω.m) ở nhiệt độ phòng. Chất cách điện được cấu tạo chủ yếu từ các vật liệu vô cơ và hữu cơ.

                            Công thức điện dung

                            Tụ điện nối tiếp

                            Công thức tính của tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương c td là: 1 / c td = (1 / c1) + (1 / c2) + (1 / c3)

                            Nếu chỉ mắc nối tiếp 2 tụ điện thì c tđ = c1.c2 / (c1 + c2)

                            Khi mắc nối tiếp, điện áp chịu thử tương đương của các tụ điện bằng tổng các hiệu điện thế của các tụ điện. u td = u1 + u2 + u3

                            Khi mắc nối tiếp tụ điện, nếu là tụ điện hóa học thì bạn cần chú ý đến chiều của tụ điện, điện cực âm của tụ điện phải nối với điện cực dương của tụ điện nào sau đây:

                            

                            Tụ điện mắc nối tiếp, tụ điện song song

                            Tụ điện song song.

                            Điện dung tương đương của các tụ điện song song bằng tổng các tụ điện ghép lại. c = c1 + c2 + c3

                            Hiệu điện thế chịu đựng của tụ điện bằng hiệu điện thế của tụ điện có hiệu điện thế thấp nhất.

                            Nếu là tụ điện thì các tụ điện phải được mắc cùng chiều.

                            Cách đọc điện dung trên tụ điện

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

                            => Tụ điện là tụ điện có các cực (-), (+) và luôn có dạng hình trụ.

                            

                            Điện dung là 185 f / 320 v

                            Sử dụng tụ giấy và tụ gốm: Tụ giấy và tụ gốm được viết bằng ký hiệu số

                            

                            Tụ gốm được đánh dấu bằng các ký hiệu.

                            • • Đọc: nhân hai chữ số đầu tiên với 10 (số mũ thứ ba)

                                • • Ví dụ về tụ gốm ở phía bên phải của hình trên là 474k, nghĩa là giá trị = 47 x 10 4 = 470000 p ( trong picofarads) = 470 n Farads = 0,47 µf

                                    • • K hoặc j cuối cùng thể hiện sai số 5% hoặc 10% về điện dung.

                                        Thực hành đọc các giá trị của tụ điện

                                        Cách đọc trị số tụ giất và tụ gốm . Chú ý : chữ K là sai số của tụ . 50V là điện áp cực đại mà tụ chịu được.

                                        * Có một cách khác để ghi giá trị của tụ giấy và tụ gốm, đó là viết dưới dạng số thập phân, dưới dạng microfarads

                                        

                                        Một phương pháp khác để ghi lại các tụ điện bằng giấy và gốm.

                                        Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ điện

                                        • • Ta thấy rằng không phụ thuộc vào tụ điện thì giá trị hiệu điện thế được ghi sau giá trị của tụ, đây là giá trị hiệu điện thế lớn nhất mà tụ có thể chịu được. Quá áp thì tụ sẽ phát nổ.

                                            • • Khi mắc tụ điện vào đoạn mạch có hiệu điện thế u, người ta luôn mắc tụ điện có hiệu điện thế cực đại khoảng 1,4 lần.

                                                Ví dụ, mạch 12v phải lắp tụ 16v, mạch 24v phải lắp tụ 35v. và nhiều cái khác.

                                                Các loại tụ điện phổ biến:

                                                Tụ điện hay còn gọi là tụ điện phân cực

                                                là tụ điện có các cực (-), (+) và luôn có hình trụ. Giá trị điện dung được hiển thị trên thân tụ điện, thường từ 0,47 µf đến 4700 µf

                                                Tụ gốm, Tụ giấy, Tụ mica, Tụ kẹo, Tụ điện cao thế, Tụ sứ (Tụ không phân cực)

                                                Nó là một tụ điện không phân cực có hình dạng phẳng, không phân biệt điện cực âm và dương. Giá trị của nó được thể hiện bằng ba con số trên thân, điện dung của tụ điện thường rất nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µf

                                                Tụ xoay

                                                là một tụ điện có thể xoay tròn để thay đổi giá trị của điện dung, tụ điện này thường được lắp trong các bộ đàm để thay đổi tần số cộng hưởng mà chúng ta nghe.

                                                Tụ điện Lithium-Ion

                                                Năng lượng cực cao để lưu trữ năng lượng điện theo một hướng

                                                Cách hoạt động của tụ điện

                                                

                                                Nguyên lý làm việc của tụ điện

                                                Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách tích trữ các điện tử, và nó cũng có thể phóng các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây là đặc tính tích điện và phóng điện của tụ điện, nhờ khả năng dẫn dòng điện xoay chiều của chúng. Nếu hiệu điện thế hai đầu mạch không thay đổi đột ngột mà thay đổi theo thời gian ta cắm và rút tụ điện thì rất dễ gây cháy nổ và phát tia lửa điện do dòng điện khởi động. Đây là nguyên tắc sạc và xả của các tụ điện phổ biến hơn.

                                                Làm thế nào để đo và kiểm tra xem các tụ chết có còn nguyên vẹn hay không? Sử dụng đồng hồ vạn năng

                                                Đo tụ điện bằng giấy và gốm.

                                                Tụ giấy và tụ gốm thường bị hỏng ở dạng rò rỉ hoặc ngắn mạch, để phát hiện tụ điện bị rò rỉ hoặc ngắn mạch, chúng ta quan sát hình sau.

                                                

                                                Đo tụ điện bằng giấy hoặc gốm.

                                                Hình trên là một phép đo kiểm tra tụ gốm. Ba tụ c1, c2 và c3 có điện dung bằng nhau. Trong đó c1 là tụ tốt, c2 là tụ phát hiện và c3 là tụ ngắn mạch .

                                                >

                                                Khi đo tụ điện 1 (tụ điện tốt), con trỏ sẽ tăng lên một chút rồi trở lại vị trí ban đầu. (Lưu ý rằng tụ quá nhỏ <1nf chân sẽ không phóng điện)

                                                Khi đo tụ 2 (tụ phát hiện được) ta thấy kim chỉ lên nửa thang đo thì dừng lại không quay về vị trí cũ.

                                                Khi đo tụ điện c3 (tụ điện bị chập), chúng ta thấy chân cắm lên = 0 Ω và không có điện trở lại.

                                                Lưu ý: Khi đo tụ giấy hoặc tụ gốm, đồng hồ phải được đặt ở thang x1kΩ hoặc x10kΩ và phép đo phải được đảo ngược chiều kim đồng hồ vài lần.

                                                Đo và kiểm tra tụ điện

                                                Tụ điện hiếm khi bị phát hiện hoặc bị chập như tụ điện giấy, nhưng chúng thường bị hỏng ở dạng khô (hóa chất khô bên trong lớp điện môi), dẫn đến điện dung của tụ điện giảm. Việc sạc và phóng điện của một tụ điện thường được so sánh với một tụ điện tốt có cùng điện dung, sơ đồ sau đây minh họa các bước để kiểm tra điện dung.

                                                

                                                Đo và kiểm tra tụ điện

                                                Để kiểm tra giá trị của tụ c2 là 100µf và giảm điện dung, ta dùng tụ c1 mới có cùng điện dung và so sánh.

                                                Giữ đồng hồ ở thang x1Ω đến x100Ω (điện dung càng cao thì thang càng giảm)

                                                Đo hai tụ điện, so sánh điện tích và phóng điện, đồng thời xoay thanh đo nhiều lần trong khi đo.

                                                Nếu tích điện và phóng điện bằng hai tụ điện như nhau thì tụ điện cần kiểm tra vẫn tốt, trên ta thấy độ phóng điện của tụ điện c2 nhỏ nên tụ điện c2 trên đã bị khô.

                                                Nếu chân không quay trở lại, điện dung được phát hiện.

                                                Sử dụng tụ điện

                                                • Tụ điện được biết đến nhiều nhất với khả năng tích trữ năng lượng điện, tích trữ điện tích một cách hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ của pin. Tuy nhiên, ưu điểm lớn nhất của tụ điện là nó lưu trữ mà không tiêu tốn điện năng.
                                                • Ngoài ra, việc sử dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, cho phép tụ điện dẫn điện vì có chung một điện trở. Đặc biệt ở tần số xoay chiều (điện dung của tụ điện càng lớn) thì điện dung càng nhỏ. Điện áp hỗ trợ hiệu dụng được lưu thông qua tụ điện.
                                                • Ngoài ra, do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng sạc và xả thông minh, ngăn chặn điện áp một chiều, cho điện áp xoay chiều xoay chiều giúp truyền tín hiệu có độ chênh lệch tiềm năng giữa các tầng khuếch đại.
                                                • Tụ điện còn có tác dụng lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều phẳng bằng cách triệt tiêu pha âm.

                                                Tụ điện trong thực tế:

                                                • Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.
                                                • Được sử dụng trong hệ thống âm thanh trên ô tô vì tụ điện dự trữ năng lượng cho bộ khuếch đại được sử dụng.
                                                • Tụ điện có thể được sử dụng để xây dựng bộ nhớ kỹ thuật số động cho máy tính nhị phân sử dụng ống.
                                                • Trong sản xuất đặc biệt các bài toán quân sự, ứng dụng của tụ điện trong máy phát điện, thí nghiệm vật lý, ra đa, vũ khí hạt nhân …
                                                • Ứng dụng của tụ điện lớn nhất trong thực tế là cung cấp điện , lưu trữ ứng dụng thành công của chức năng.
                                                • Tụ điện còn có nhiều chức năng khác như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh, v.v.