Trong lĩnh vực điện tử, kháng của tụ điện là một trong những khái niệm cơ bản mà bất kỳ nhà kỹ thuật nào cũng cần biết. Dùng kháng là một thuật ngữ quan trọng trong việc thiết kế mạch điện tử và các ứng dụng liên quan đến tụ điện.
Kháng của tụ điện là tính chất của tụ điện khi chống lại sự thay đổi trong dòng điện qua nó. Nó có thể được xem như một loại trở kháng trong mạch điện tử. Kháng của tụ điện thường được ký hiệu bằng ký hiệu Xc, và được tính bằng công thức Xc = 1 / [2πfC], trong đó f là tần số của dòng điện qua tụ và C là dung lượng của tụ.
Sử dụng kháng của tụ điện mang lại nhiều ứng dụng hữu ích trong lĩnh vực điện tử. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất của kháng của tụ điện là trong mạch lọc sóng. Khi sử dụng tụ kháng, chúng ta có thể lọc ra sóng tần số cao hoặc sóng tần số thấp, tùy thuộc vào giá trị của kháng. Điều này giúp loại bỏ các nhiễu và giữ lại chỉ các thành phần sóng tần số mong muốn.
Ngoài ra, kháng của tụ điện cũng có thể được sử dụng để ổn định áp suất trong các hệ thống bơm hay cung cấp điện năng ổn định cho các linh kiện điện tử. Với khả năng chống lại sự thay đổi dòng điện, tụ kháng là một giải pháp hiệu quả để giữ cho hệ thống hoạt động ổn định và bảo vệ linh kiện khỏi các sự cố không đáng có.
Trong ngành công nghiệp điện tử, việc hiểu và áp dụng kháng của tụ điện rất quan trọng. Điều này giúp đảm bảo rằng mạch điện tử hoạt động ổn định và giảm thiểu rủi ro về sự cố. Vì vậy, việc nắm vững các khái niệm liên quan đến kháng của tụ điện là một yêu cầu cần thiết đối với những ai muốn tìm hiểu và làm việc trong lĩnh vực này.
Tóm lại, kháng của tụ điện là một khái niệm cơ bản trong ngành điện tử. Bài viết này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về dùng kháng của tụ điện, ứng dụng của nó trong mạch lọc sóng và ổn định hệ thống điện tử. Bằng việc áp dụng hiểu biết này, bạn có thể xây dựng và thiết kế các mạch điện tử hiệu quả và đáng tin cậy.
Tụ điện là khái niệm mà chúng ta rất hay gặp trong cuộc sống hàng ngày. Tuy nhiên, tụ điện là gì? Chức năng của tụ điện ra sao? Nguyên lý hoạt động của tụ điện như thế nào?… là những vấn đề mà không phải ai cũng nắm rõ. Bài viết dưới đây An Thịnh Hà Nội sẽ cung cấp cho các bạn các kiến thức cơ bản về tụ điện.
Tụ điện là gì và cấu tạo ra sao?
Tụ điện là gì?
Tụ điện được ký hiệu là C và được gọi là Capacitor trong tiếng Anh. Đây là một loại linh kiện điện tử thụ động được tạo ra từ 2 bề mặt dẫn điện và được sử dụng điện môi để ngăn cách hai bề mặt này.
Tại hai bề mặt của tụ điện sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng chúng lại trái dấu với nhau khi có sự chênh lệch về điện thế. Trong thiết bị điện tử hiện nay thì tụ điện là một trong 5 loại linh kiện đặc biệt quan trọng và nó không thể thiếu trong các mạch dao động, mạch lọc và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Trên thị trường hiện nay có nhiều loại tụ điện khác nhau từ chất liệu, thương hiệu, kiểu dáng, mỗi loại sẽ được đưa vào thi công và lắp đặt cho các thiết bị điện khác nhau để tạo nên sự đa dạng về tính ứng dụng của nó.
Tụ điện có cấu tạo như thế nào
Tụ điện thường được tạo nên từ 2 bản cực được làm bằng chất liệu kim loại, đặt song song với nhau, chúng sẽ có tình cách điện một chiều, nhưng nhờ có nguyên lý phóng nạp mà nó sẽ cho phép dòng điện xoay chiều đi qua.
Giữa 2 bản tụ điện có một môi trường ngăn cách, môi trường này thường được gọi là môi trường không dẫn điện hay thuật ngữ chuyên ngành gọi là điện môi. Điện môi có thể được tạo ra từ không khí, giấy, cao su, hoặc thủy tinh, gốm,… các loại vật liệu không dẫn điện. Chính bởi sự đa dạng trong các chất liệu cấu tạo nên môi trường điện môi trong các tụ điện hiện nay sẽ khiến tụ điện có nhiều tên gọi tương ứng hay đa dạng các loại tụ điện khác nhau trên thị trường. Chẳng hạn như lớp điện môi được làm bằng chất liệu giấy nên sẽ gọi là tụ giấy hoặc tụ điện giấy; lớp điện môi làm từ gốm sẽ gọi là tụ gốm hoặc tụ điện gốm,…
Đặc điểm và nguyên lý hoạt động của tụ điện như thế nào
Đặc điểm của tụ điện
Thông qua các tích tụ điện tích trên 2 bề mặt của nó mà tụ điện có khả năng tuyệt vời trong việc tích trữ năng lượng điện ở dạng năng lượng điện trường. Trong trường hợp có sự chênh lệch về điện thế giữa hai bề mặt tụ điện được tạo ra bởi dòng điện xoay chiều, nó sẽ khiến cho sự tích lũy điện tích so với điện áp bị chậm pha, điều này sẽ tạo nên trở kháng của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.
Bên cạnh đó, tụ điện còn có khả năng trong việc phóng điện từ theo các chiều từ cực dương sang cực âm. Trong quá trình truyền tải điện năng thông thường, thường xảy ra không ít các trường hợp ngắn mạch hoặc điện bị rò rỉ. Lúc này các bạn cần phải sử dụng đến RCCB – đây là một thiết bị nhằm cảnh báo đối với những trường hợp rò rỉ điện nguy hiểm và cần trợ giúp khi gặp sự cố nghiêm trọng.
Nguyên lý hoạt động của tụ điện
Trong các mạch điện hiện nay, linh kiện tụ điện được nối với hai dẫn điện là ít nhất. Các dây dẫn thường được nối với tụ điện có thể dưới dạng là màng mỏng, lá mỏng hoặc là các chất điện phân.
Khả năng tích điện của tụ điện sẽ được tăng lên bởi chất điện môi tạo nên một môi trường không dẫn điện. Khi tụ điện được gắn vào pin, nhờ có khoảng điện môi này mà một điện trường sẽ được sinh ra và tạo ra điện tích dương và điện tích ấm được tích tụ lại trên 2 bề mặt của tụ điện.
Các loại tụ điện phổ biến trên thị trường hiện nay
Trên thị trường hiện nay có rất nhiều các loại tụ điện khác nhau. Sự khác nhau này thường được tạo nên bởi các vật liệu làm chất điện môi. Cụ thể cùng An Thịnh Hà Nội tìm hiểu các loại tụ điện thông dụng mà chúng tôi chia sẻ như sau:
Tụ điện bằng nhôm
Tụ điện nhôm cực kỳ phổ biến hiện nay, đây là linh kiện được thiết kế với 2 dải nhôm được cuộn lại với một dải giấy thấm ở giữa, dải giấy thấm này sẽ được ngâm trong một dung dịch điện phân và sau đó được đóng khuôn để tạo thành những hình dạng một khối hình trụ.
Giá trị của điện dung của tụ nhôm sẽ nằm trong khoảng từ 0,1µF đến 500.000µF. Chính vì vậy mà nó là loại tụ điện có thể lưu trữ được điện dung lớn nhất, đây là ưu điểm vượt trội được kể đến của loại tụ điện này. Tụ điện nhôm sẽ hoạt động trong khoảng điện áp từ 10V – 100V. Tuy nhiên tụ điện nhôm cũng có nhược điểm là tốc độ rò rỉ cao. Điều này khiến chúng không được đem dùng cho các ứng dụng khi ghép với AC tần số cao. Không những thế, tụ điện nhôm còn có phạm vị dung sai khá rộng, thường ở các khoảng trên dưới 20%. Vì vậy, với các mạch điện như mạch thời gian hay mạch lọc thường sẽ không đưa tụ nhôm vào lắp đặt bởi chúng là những mạch cần phải có giá trị chính xác.
Tụ điện bằng Tantalum
Tụ điện Tantalum được làm từ chất liệu tantalum pentoxide. Đây là dạng tụ hóa hay còn được gọi là tụ bị phân cực. Ưu điểm của loại tụ này là có kích thước nhỏ, gọn, nhẹ hơn tụ nhôm và hoạt động sẽ ổn định hơn. Tốc độ rò rỉ điện của tụ điện Tantalum cũng khá thấp, giữa 2 chân tụ còn có độ tự cảm thấp.
Tuy nhiên, tụ điện Tantalum có nhược điểm là điện dung lưu trữ và điện áp làm việc tối đa của nó thấp hơn tụ nhôm. Đặc biệt đối với các dòng điện cao thì tụ điện nhôm rất dễ bị hư. Chính vì vậy mà tụ điện nhôm thường được đưa vào sử dụng với các hệ thống tin hiệu không có nhiễu dòng cao.
Tụ điện bằng gốm
Tụ điện gốm có chất điện môi được làm từ các vật liệu phổ biến như titanium acid barium. Nó là một loại tụ điện hóa và được dùng cực phổ biến trên thị trường hiện nay.
Tụ điện bằng gốm có giá trị điện dung của nó cao trong khoảng từ 1pF đến vài microfarad, nhưng nó lại không có giá trị điện dung cao như tụ hóa thông thường. Hiện nay, tụ điện gốm được chế tạo và sản xuất có một khoảng khá rộng về dung sai và giá trị điện áp hoạt động thông thường. Ưu điểm của tụ điện gốm là bên trong không được chế tạo thành cuộn như tụ nhôm, điều này sẽ khiến độ tự cảm thấp, chính vì vậy mà loại tụ điện này có thể dùng thích hợp cho các dòng điện ứng dụng có tần số cao. Nó được đưa vào các ứng dụng rộng rãi với nhiều mục đích khác nhau và ghép thử cùng dùng loại tụ gốm. Đặc biệt tụ điện gốm loại NPO còn có độ bền cực tốt và mức bù nhiệt độ cực hiệu quả. Tụ điện này sẽ có độ hoạt động ổn định cao nhất trong các loại tụ điện hiện nay trên thị trường. Không những thế, theo thời gian sử dụng, tụ điện gốm còn không bị lão hóa, phù hợp trong ứng dụng cho các bộ lọc và điều chỉnh các dòng mạch.
Tụ điện bằng Polyester
Tụ điện này được tạo nên từ các tấm kim loại có màng Polyester ở giữa chính hoặc trên chất cách điện được đặt bởi một màng kim loại. Giá trị điện dung của tụ điện Polyester trong khoảng giao động từ 1µF đến 15µF và nó sử dụng điện áp hoạt động dao động trong các khoảng từ 50V đến 1500V.
Tụ điện Polyester còn có các loại dung sai với phạm vi khoảng 5%, 10% và 20% và hệ số nhiệt độ cao. Nó thường được lựa chọn cho các dòng điện ứng dụng ghép hoặc lưu trữ bởi nó có điện trở cách ly cao. Điện dụng trên một đơn vị thể tích của tụ điện Polyester cao hơn các loại tụ điện khác, điều này khiến khi nó có cùng kích thước với các tụ điện thông thường khác thì điện dung tụ điện Polyester tích trữ được cũng cao hơn. Hơn thế nữa, tụ điện bằng Polyester trên thị trường hiện nay có giá thành khá rẻ, nên sẽ được nhiều người lựa chọn sử dụng linh kiện này cho hệ thống điện của gia đình.
Tụ điện bằng Polypropylene
Tụ điện Polypropylene là một loại có chất điện môi làm bởi màng Polypropylene. Phạm vi giá trị điện dung của tụ điện này trong khoảng từ 100pf đến 10µF. Loại tụ điện này thường có điện áp hoạt động cao, có thể lên đến mức 3000V. Chính vì vậy khiến nó được đưa vào sử dụng cho các mạch cấp nguồn, bộ khuếch đại van, bộ khuếch đại công suất, và mạch TV.
Khi nói đến ưu điểm của tụ điện Polypropylene thì không thể không nhắc đến giá trị dung sai của tụ điện này cực nhỏ, chỉ khoảng 1%, điều này khiến cho nó có độ chính xác cao khi ứng dụng. Đồng thời tụ điện này cũng có điện trở cách ly cao cực kỳ phù hợp để lưu trữ hoặc ghép. Tần số dưới 100KHz của loại tụ điện Polypropylene khiến nó hoạt động cực ổn định. Tụ điện Polypropylene thường được ứng dụng để chặn, khử nhiễu, ghép, lọc, bỏ qua, định thời gian và xử lý các xung điện.
Tụ điện bằng Polystyrene
Đây là loại tụ điện với chất điện môi được tạo thành từ các chất liệu Polystyrene. Giá trị điện dung của tụ điện Polystyrene chỉ trong từ 10pF đến 47nF, khá thấp, dung sai trong phạm vi khoảng từ 5% – 10%, tuy nhiên cũng có một số loại tụ điện Polystyrene được chế tạo rất kỹ càng và có chất lượng tốt hơn với mức dung sai chỉ từ khoảng 1% – 2%.
Tụ điện Polystyrene thường có điện áp làm việc trong khoảng từ 30V – 630V và nó có lợi thế khi có điện trở cách ly điện cao nên thường được đưa vào dùng với các ứng dụng ghép hoặc lưu trữ điện năng. Còn đối với các loại tụ điện Polystyrene có dung sai chỉ khoảng 1% – 2% thường được ứng dụng cho các mạch điều chỉnh, mạch thời gian và mạch lọc điện. Tuy nhiên tụ điện Polystyrene cũng có những nhược điểm như chỉ được cấu tạo bởi 1 cuộn dây ở bên trong nên không thể dùng được với những trường hợp có tần số cao khác. Giá trị điện dung của tụ sẽ thay đổi vĩnh viễn khi gặp phải nhiệt độ cao trên 70 độ c.
Tụ điện bằng Polypropylene
Đây là tụ điện với điện môi được chế tạo từ hợp chất Polycarbonate. Tụ điện Polycarbonate có giá trị điện dung trong từ 100pF đến 10µF và có điện áp hoạt động lên đến mức 400V. Điểm khiến nhiều người ưa thích và lựa chọn dùng loại tụ điện này bởi nó không có nhiều sự thay đổi khi có sự thay đổi về nhiệt độ do hệ số nhiệt được chế tạo rất tốt và bền.
Tuy nhiên, tụ điện Polycarbonate cũng có nhược điểm đó là mức dung sai của nó khá cao từ 5% – 10% nên sẽ không phù hợp với các ứng dụng mà cần phải có độ chính xác cao.
Tụ điện bằng bạc Mica
Loại tụ điện này được tạo ra bằng cách lắng một lớp bạc mỏng lên bề mặt của vùng điện môi làm bằng chất liệu Mica. Tụ điện này sẽ dùng ổn định với thời gian. Ưu điểm lớn nhất của tụ điện chính là dung sai rất nhỏ chỉ dưới 1% mà thôi. Đồng thời độ bền của nó cũng cực tuyệt vời do có hệ số nhiệt độ tốt.
Hiện nay trên thị trường, tụ điện bằng bạc Mica có giá thành khá đắt, bên cạnh đó giá trị điện dung của nó thường không cao nên ít được chọn ứng dụng hơn các loại tụ điện đã chia sẻ ở trên. Ứng dụng của tụ điện bạc Mica này thường dùng trong các mạch cộng hưởng, hoặc bộ lọc tần số cao bởi có tính ổn định với nhiệt độ và có khả năng cách điện rất tốt.
Tụ điện bằng giấy
Tụ giấy là linh kiện điện tử được làm bằng các dải lá kim loại mỏng và chúng có một lớp điện môi phân tích bằng giấy sáp. Giá trị điện dung của các tụ giấy sẽ nằm trong khoảng từ 500pF đến 50µF, đồng thời điện áp làm việc của nó khá cao. Điều này sẽ khiến nó được đưa vào sử dụng chủ yếu với các loại thiết bị có điện áp cao.
Tuy nhiên tụ điện giấy cũng sẽ có nhược điểm là tốc độ rò rỉ điện khá cao, dung sai lớn trong khoảng từ 10% – 20%, nên không thích hợp cho phép sử dụng cho các mạch cần phải có thời gian chính xác.
Công dụng của tụ điện là gì?
Vậy tụ điện có công dụng như thế nào? Đây chắc chắn sẽ là một vấn đề mà không ít người đang muốn tìm câu trả lời. Cùng An Thịnh Hà Nội tìm hiểu nhé! Lưu trữ năng lượng: Tụ điện có khả năng lưu trữ điện tích. Khi một điện áp được áp dụng vào tụ điện, năng lượng được tích tụ và lưu trữ trong các bản chất điện hoá của tụ. Tụ điện được sử dụng như một nguồn cấp năng lượng tạm thời, có thể cung cấp dòng điện khi cần thiết. Chức năng lọc: Tụ điện có khả năng chặn hoặc truyền qua các tín hiệu điện một cách chọn lọc. Khi được sử dụng trong mạch lọc, tụ điện có thể loại bỏ các tần số không mong muốn hoặc nhiễu từ tín hiệu điện, giúp cải thiện chất lượng và độ ổn định của tín hiệu. Điều chỉnh thời gian: Tụ điện có khả năng ảnh hưởng đến thời gian trong các mạch điện. Khi sạc và xả qua tụ điện, thời gian sạc và thời gian xả có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi giá trị của tụ. Điều này rất hữu ích trong các ứng dụng như điều khiển tốc độ động cơ, mạch ngắt mở và các mạch thời gian. Chuyển đổi điện: Tụ điện có thể chuyển đổi dòng điện xoay chiều [AC] thành dòng điện một chiều [DC] hoặc ngược lại. Trong các ứng dụng như nguồn điện chuyển đổi và điều chỉnh tần số, tụ điện có thể đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển đổi và điều chỉnh dòng điện.
Ứng dụng của tụ điện ngày nay
Hiện nay, tụ điện thường được sử dụng rộng rãi và phổ biến trong các ngành kỹ thuật điện và điện tử. Nó chính là một linh kiện điện tử không thể thiếu trong các mạch điện tử thông minh.