Tụ điện là gì? Cấu tạo, nguyên lý vận hành và cách đo tụ chính xác

Tụ điện là một linh kiện điện tử quan trọng và được sử dụng phổ biến trong các mạch điện tử. Với chức năng lưu trữ năng lượng điện và truyền tải tín hiệu trong các thiết bị điện tử, từ các mạch nhỏ gọn trong điện thoại thông minh cho đến các hệ thống công suất lớn trong nhà máy sản xuất. Để hiểu rõ hơn về tụ điện, cấu tạo, nguyên lý hoạt động bài viết dưới đây chúng tôi sẽ phân tích chi tiết, cùng tham khảo nhé.

Tụ điện là gì?

Tụ điện tiếng Anh còn gọi là Capacitor, là một linh kiện điện tử thụ động được sử dụng để lưu trữ năng lượng điện và phóng điện trong một điện trường. Tụ điện được thiết kế gồm 2 hai tấm dẫn điện đặt song song chất liệu thiếc, kẽm hoặc nhôm và ngăn cách nhau bởi lớp điện môi không dẫn điện như gốm, giấy, mica…

Khi điện được cung cấp cho các tấm dẫn điện, các điện tích được tích tụ trên mỗi tấm, tạo ra một điện trường giữa chúng. Tụ điện có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp. Tụ điện có ký hiệu là C, đơn vị của tụ điện là Fara. Hiện nay, tụ điện được ứng dụng khá rộng rãi, phổ biến trong hầu hết các hệ thống mạch điện.

Công dụng chính của tụ điện

• Đầu tiên không thể bỏ qua là lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích cực hiệu quả mà không làm tiêu hao năng lượng điện và có thể so sánh với ắc quy.
• Cho phép điện áp xoay chiều đi qua, khi tần số điện xoay chiều đi qua điện dung của tụ lớn, dung kháng nhỏ sẽ giúp điện áp lưu thông qua Capacitor. Đồng thời còn giúp tụ điện có khả năng dẫn điện như một điện trở đa năng.
• Xả nạp thông minh, ngăn điện áp một chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông. Nhờ đó giúp tăng khả năng truyền tín hiệu tốt hơn giữa các tầng khuếch đại có sự chênh lệch về điện áp.
• Chuyển đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trong hệ thống nhờ cách loại bỏ pha âm.

Cấu tạo tụ điện

Về cơ bản, linh kiện điện từ này gồm 2 bộ phận chính là dây dẫn và điện môi, cụ thể như sau:

• Dây dẫn

Được chế tạo dạng tấm kim loại, gồm ít nhất 2 dây dẫn có khả năng dẫn điện tốt. Hai bề mặt dây dẫn sẽ được đặc song song với nhau và được ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi.

• Điện môi

Thường là các chất không dẫn điện như gốm, sứ, thủy tinh, mica, không khí hoặc màng nhựa. Chức năng chính giúp tăng khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Theo nghiên cứu và thực tế, tụ điện sẽ hoạt động dựa trên nguyên lý phóng nạp. Có nghĩa là Capacitor sẽ có khả năng tích trữ điện năng dưới dạng năng lượng điện trường. Đồng thời, tụ điện cũng có thể phóng ra các điện tích đó để sinh ra dòng điện.

Trong trường hợp hai bản mạch của tụ điện không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian. Lúc này nếu chúng ta cắm nạp hoặc xả tụ rất nguy hiểm và dễ gây ra hiện tượng nổ do có tia lửa điện và dòng điện tăng nhanh.

Các loại tụ điện

Tụ điện được phân loại khá đa dạng, mỗi loại sẽ có cấu tạo, chức năng và ứng dụng khác nhau. Cụ thể dưới đây:

Dựa vào chất liệu cách điện giữa các bản cực

• Tụ hoá

Hay còn được gọi là tụ phân cực được cấu tạo gồm 2 phân cực âm, dương và có dạng hình trụ. Trên thân tụ sẽ được thể hiện giá trị điện dung từ 0,47 µF đến 4700 µF.

• Tụ giấy, tụ gốm, tụ mica

Đây là những tụ không phân cực, không phân biệt âm dương và thường có dạng hình dẹt. Trị số trên thân các loại tụ này được ký hiệu bằng ba chữ số, giá trị điện dung khá nhỏ, chỉ  khoảng 0,47 µF.

• Tụ xoay

Hiểu đơn giản là loại tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dụng do đó được ứng dụng chủ yếu trong các loại radio với nhiệm vụ thay đổi tần số cộng hưởng khi dò đài.

• Tụ Lithium ion

Tụ Lithium ion là loại linh kiện điện từ có năng lượng cực cao nên được ứng dụng phổ biến để tích điện 1 chiều.

Dựa vào tính chất lý hóa

• Tụ điện phân cực

Là tụ gồm có 2 đầu, thường là tụ hóa học và tụ tantalum có trị số lớn và được ứng dụng chủ yếu trong các mạch điện có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn.

• Tụ điện không phân cực

Là loại tụ không có quy định cưc tính, điện dụng nhỏ nên được sử dụng nhiều trong mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu.

==> Bên cạnh việc tìm hiểu về linh kiện điện tử này, các bạn có thể tìm hiểu thêm về hiện tượng vật lý giao thoa ánh sáng tại đây!

Cách đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng

Sử dụng đồng hồ vạn năng để đo tụ điện là một trong những phương pháp được áp dụng phổ biến, độ an toàn cao. Tuy nhiên, khi thực hiện đòi hỏi người dùng cần phải tuân thủ đúng cách và đúng hướng dẫn chi tiết dưới đây:

Bước 1: Xả tụ điện

Đầu tiên, cần tiến hành xả tụ điện với các loại Capacitor lớn hơn 1F vì thiết bị điện phụ thuộc vào loại và điện dung của chúng. Lưu ý cần xả cẩn thận tránh nguy hiểm cho bản thân và gây nổ hoặc sốc điện cho hệ thống vì khi xả tụ sẽ tụ bị ngắn mạch. Đồng thời không được để chân của tụ điện chạm vào nhau. Cách xả đơn giản nhất người dùng nên sử dụng là dùng bóng đèn kết nối với tụ điện nhờ khả năng truyền năng lượng nhanh, tụ sẽ xả nhanh.

Bước 2: Dùng đồng hồ vạn năng đo tụ điện

Tiếp theo, lựa chọn loại đồng hồ vạn năng phù hợp với tụ điện để kiểm tra linh kiện điện tử này và chọn chế độ. Sau đó, tiến hành chạm que đo của đồng hồ vạn năng vào 2 cực của Capacitor. Cuối cùng chỉ cần đọc giá trị và so sánh kết quả. Nếu tụ ngắn mạch sẽ hiển thị mức điện trở thấp, tụ hở đồng hồ sẽ không dịch chuyển. Còn nếu tụ còn hoạt động tốt nó sẽ hiển thị mức điện trở thấp, sau đó tăng dần đến vô hạn.

Ứng dụng của tụ điện

Với nhiều công dụng hữu ích, tụ điện được xem là một linh kiện điện tử quan trọng và có nhiều ứng dụng khác nhau trong các hệ thống điện tử và công nghệ. Mục đích giúp đảm bảo sự ổn định và hiệu quả của các hệ thống điện. Dưới đây là một số ứng dụng điển hình:

• Lọc tín hiệu trong các mạch điện tử, giúp loại bỏ các tín hiệu không mong muốn hoặc nhiễu.
• Điều chỉnh độ lớn tín hiệu trong các mạch điện tử, giúp tăng hoặc giảm độ lớn của tín hiệu.
• Lưu trữ năng lượng điện và cung cấp năng lượng cho các mạch điện tử, đảm bảo cho các mạch hoạt động ổn định và tránh mất điện trong trường hợp xảy ra gián đoạn cấp điện.
• Tạo xung điện trong các mạch điện tử, giúp thực hiện các chức năng như kích hoạt các thiết bị, chuyển đổi tín hiệu và tạo ra các xung điện tương tự.
• Sử dụng trong các hệ thống điện công suất lớn để cung cấp năng lượng cho các thiết bị hoặc hệ thống có nhu cầu lớn về công suất.
• Điều khiển motor và điện trở trong các hệ thống điện công suất lớn, giúp cải thiện hiệu suất và độ ổn định của các hệ thống.
• Sử dụng trong điều hòa không khí và thiết bị gia dụng để cung cấp năng lượng và điều chỉnh độ lớn của tín hiệu điện.

Kết luận

Bài viết trên đây là những thông tin cơ bản về tụ điện chúng tôi muốn chia sẻ đến bạn đọc. Hy vọng sẽ giúp các bạn có thêm nhiều kiến thức hữu ích về tụ điện và nắm được tầm quan trọng của Capacitor để ứng dụng vào cuộc sống một cách hiệu quả, an toàn nhé.