Tụ điện là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, cách kiểm tra tụ điện

Trong cuộc sống chắc hẳn bạn thường nghe nói tivi hỏng tụ, quạt hỏng tụ,… Vậy nên tụ điện là gì?? Cấu tạo của tụ điện là gì và nó hoạt động như thế nào? Dưới đây chúng tôi sẽ giải đáp chi tiết từng câu hỏi trên và hướng dẫn các bạn cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng để các bạn hiểu nhé!

tụ điện là gì?

Tụ điện là một linh kiện điện tử có thể lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Nó hoạt động bằng cách tích lũy điện tích trên hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp vật liệu cách điện, gọi là chất điện môi. Chất điện môi dùng cho tụ điện là chất không dẫn điện, có tác dụng làm tăng khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện. Các thông số kỹ thuật quan trọng của tụ điện bao gồm:

• Điện dung: Đo khả năng lưu trữ điện của tụ điện theo đơn vị farad (F). Thông thường, điện dung của tụ điện được đo bằng microfarad (µF), nanofarad (nF) hoặc picofarad (pF) vì 1 farad là giá trị rất lớn.
• Điện áp làm việc: Là điện áp tối đa mà tụ điện có thể chịu được mà không bị hỏng.
• Nội trở: Là điện trở trong của tụ, ảnh hưởng đến hiệu suất của tụ trong mạch.
• Dung sai: Cho biết mức độ sai lệch của giá trị điện dung thực tế so với giá trị danh nghĩa.

Cấu tạo của tụ điện

tụ điện là gì?? Đây là linh kiện điện tử cơ bản có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Cấu trúc của tụ điện bao gồm ba phần chính:

Hai tấm dẫn điện: Hai tấm này thường được làm bằng kim loại và có thể có nhiều hình dạng khác nhau như tấm phẳng, tấm cuộn hoặc hình trụ. Các tấm có nhiệm vụ tích lũy và truyền điện tích khi đặt điện áp vào tụ điện.

Lớp điện môi: Lớp điện môi nằm giữa hai bản điện cực và là vật liệu cách điện. Vật liệu này ngăn dòng điện truyền trực tiếp từ tấm này sang tấm kia, đồng thời tăng khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện. Điện môi của tụ điện là gì?? Lớp điện môi này có thể là các vật liệu như gốm, mica, giấy, nhựa, polyester, polypropylen hoặc các loại polyme khác. Tính chất của chất điện môi quyết định điện dung của tụ điện. Hằng số điện môi của vật liệu điện môi càng cao thì điện dung của tụ điện càng lớn.

Vỏ ngoài: Vỏ ngoài bảo vệ các tấm và chất điện môi khỏi các tác động bên ngoài như độ ẩm, bụi và các yếu tố môi trường khác.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện là gì?

Nguyên lý hoạt động của tụ điện dựa trên sự tích tụ và duy trì điện tích trên hai tấm dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp vật liệu cách điện gọi là chất điện môi. Khi đặt một điện áp (V) vào hai bản tụ điện, điện tích dương (+) sẽ tích tụ trên một bản và điện tích âm (-) sẽ tích tụ trên bản kia. Do có lớp điện môi cách điện nên các điện tích không thể di chuyển qua chất điện môi mà chỉ tích tụ trên bề mặt tấm điện môi.

Điện tích tích lũy trên hai bản tạo ra một điện trường (E) giữa chúng. Điện trường này là nguyên nhân tạo ra lực hấp dẫn giữa các điện tích dương và âm trên hai bản. Năng lượng được lưu trữ trong tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường để sử dụng khi cần thiết.

Quá trình sạc và xả tụ điện là gì?? Khi nối tụ điện với nguồn điện, dòng điện sẽ chạy vào tụ điện, làm tăng dần lượng điện tích trên hai bản. Điện áp trên tụ tăng theo thời gian và cuối cùng đạt giá trị bằng điện áp nguồn. Lúc này tụ điện đã được sạc đầy, quá trình này được gọi là quá trình sạc.

Quá trình phóng điện là khi ngắt nguồn điện và hai điện cực của tụ nối với một tải như điện trở thì tụ sẽ phóng điện. Các điện tích sẽ di chuyển từ bản dương sang bản âm qua tải, làm giảm điện áp trên tụ cho đến khi tụ phóng điện hoàn toàn.

Công dụng của tụ điện

Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng điện trường. Khả năng này được so sánh với pin, nhưng ưu điểm lớn nhất của tụ điện là khả năng lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện. Chúng có thể sạc và xả điện nhanh chóng, khiến chúng phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu thay đổi điện áp và dòng điện nhanh chóng.

Tìm hiểu về tụ điện là gì? giúp chúng ta nắm được một phần công dụng của nó. Tuy nhiên, tụ điện cũng cho phép điện áp xoay chiều (AC) đi qua nhưng chặn điện áp một chiều (DC). Điều này làm cho tụ điện hoạt động như một điện trở đa năng trong mạch điện xoay chiều. Khi tần số của nguồn điện xoay chiều tăng lên, điện dung của tụ điện giảm, làm cho điện áp chạy qua tụ dễ dàng hơn.

Nhờ khả năng sạc và xả điện nhanh, tụ điện có thể truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại mà không ảnh hưởng đến điện áp DC giữa các tầng. Điều này rất quan trọng trong các mạch điện tử như bộ khuếch đại âm thanh.

Tụ điện có thể lọc điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều bằng cách loại bỏ pha âm. Chúng được sử dụng trong các mạch chỉnh lưu để làm mịn sóng điện áp, tạo ra nguồn điện một chiều ổn định. Tụ điện là linh kiện quan trọng và không thể thiếu trong các mạch điện, điện tử. Chúng được sử dụng trong âm thanh xe hơi, máy phát điện, bếp từ, v.v.

Các loại tụ điện thông dụng

Tụ điện được phân thành nhiều loại dựa trên cấu trúc, tính chất và ứng dụng của chúng. Dưới đây là các loại tụ điện phổ biến:

Tụ điện phân cực

• Cấu trúc: Trong phần học tập tụ điện là gì? Chúng ta đã tìm hiểu cấu tạo chung của tụ điện. Vậy cấu tạo của tụ điện phân cực là gì? Tụ điện phân cực có cực dương và cực âm rõ ràng, thường được làm từ chất điện phân.
• Đặc điểm: Có giá trị điện dung lớn, kích thước nhỏ gọn.
• Ứng dụng: Thường được sử dụng trong các mạch nguồn DC, mạch lọc và mạch khuếch đại.
• Lưu ý: Khi lắp đặt chú ý đến cực dương và cực âm. Nếu lắp ngược có thể gây hư hỏng hoặc nổ tụ điện.

Tụ điện không bị phân cực

• Cấu trúc: Không có cực dương và cực âm rõ ràng, có thể kết nối theo bất kỳ hướng nào.
• Đặc điểm: Điện dung nhỏ hơn tụ phân cực, ổn định và bền hơn.
• Ứng dụng: Dùng trong mạch điện xoay chiều, mạch lọc tín hiệu, mạch cộng hưởng.
• Các loại phổ biến: Tụ gốm, tụ mica, tụ giấy, tụ polyester.

Tụ quay

• Cấu tạo: Giá trị điện dung có thể thay đổi bằng cách xoay hoặc điều chỉnh.
• Tính năng: Điện dung có thể được điều chỉnh trong một phạm vi nhất định.
• Ứng dụng: Thường được sử dụng trong các mạch vô tuyến, bộ điều chỉnh tần số và mạch cộng hưởng.

Tụ điện ion lithium

• Cấu tạo: Kết hợp giữa tụ điện và pin lithium-ion.
• Đặc điểm: Mật độ năng lượng cao, khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn và thời gian sạc ngắn hơn.
• Ứng dụng: Dùng trong các thiết bị yêu cầu nguồn điện ổn định và công suất lớn như các thiết bị điện tử cầm tay, hệ thống lưu trữ năng lượng, thiết bị công nghiệp.

Công thức tính điện dung của tụ điện

Đến đây chắc các bạn đều hiểu tụ điện là gì? Trong môn Vật lý cấp THPT, bạn sẽ học cách tính điện dung của tụ điện. Theo đó, có hai cách tính điện dung của tụ điện khi mắc nối tiếp và song song. Dưới đây là cách tính chi tiết trong từng trường hợp, mời các bạn cùng theo dõi nhé!

Kết nối nối tiếp

Khi các tụ điện mắc nối tiếp thì điện dung tương đương của hệ tụ điện giảm đi và được tính theo công thức: 1/C tđ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3+….

Nếu chỉ có hai tụ mắc nối tiếp thì công thức điện dung tương đương đơn giản hơn: Ctđ = (C1 x C2)/ (C1 + C2)

Đối với điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương khi mắc nối tiếp thì tổng điện áp chịu đựng của hệ tụ điện bằng tổng điện áp của mỗi tụ điện: Utđ = U1 + U2 + U3+….

Khi mắc các tụ điện nối tiếp, đặc biệt là các tụ điện điện phân, bạn cần chú ý đến chiều của tụ điện. Cực âm của tụ điện phía trước phải được nối với cực dương của tụ điện phía sau để đảm bảo hệ thống tụ điện hoạt động tốt.

Được kết nối song song

Khi các tụ điện mắc song song thì điện dung tương đương của hệ tụ điện sẽ bằng tổng điện dung của mỗi tụ điện: Ctđ = C1 + C2 + C3+…. Điện áp chịu đựng của tụ tương đương với điện áp của tụ có điện áp thấp nhất trong hệ thống: Utđ = min (U1, U2, U3,…). Khi mắc song song các tụ điện, đặc biệt là các tụ điện điện phân, các tụ điện phải được mắc cùng chiều dương và chiều âm để đảm bảo hệ thống tụ điện hoạt động tốt.

Kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng

Trong bài viết này chúng tôi không chỉ trả lời tụ điện là gì? mà còn hướng dẫn cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng. Tụ điện là linh kiện điện tử có chức năng lưu trữ điện nhưng nếu có sự chênh lệch giữa hai bề mặt dẫn điện sẽ gây nguy hiểm cho người sử dụng. Vì vậy, bạn cần đo sự thay đổi giá trị điện dung để đánh giá xem chúng có hoạt động bình thường không? Dưới đây chúng tôi sẽ hướng dẫn bạn cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng analog và đồng hồ vạn năng điện tử để bạn hiểu.

Đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng analog

Bước 1: Đầu tiên bạn chọn đồng hồ vạn năng để kiểm tra tụ điện và đặt ở chế độ ohm.

Bước 2: Tiếp theo, chạm kim vạn năng vào hai đầu cực.

Bước 3: Đọc giá trị. Nếu mức điện trở thấp và không di chuyển thì tụ điện bị đoản mạch và không còn hoạt động tốt. Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị điện trở của tụ điện ở mức thấp và vô hạn thì nó vẫn hoạt động tốt.

Đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng điện tử

Bước 1: Tương tự như trên, đầu tiên bạn cần hiểu nguyên lý của tụ điện là gì? Điều chỉnh đồng hồ về Ohm và đặt thang đo ở phạm vi đo 1K.

Bước 2: Đưa đầu đo của đồng hồ vạn năng chạm vào 2 cực của tụ điện, sau đó thay đầu đo.

Bước 3: Màn hình máy đo sẽ hiển thị kết quả. Nếu màn hình hiển thị một dãy số trong vài giây rồi chuyển sang Open Line thì tụ vẫn hoạt động tốt. Ngược lại, nếu màn hình không hiển thị và không có sự thay đổi thì tụ điện đã bị hỏng.

Kết luận tạm thời

Ở trên chúng tôi đã trả lời tụ điện là gì?cấu tạo, nguyên lý hoạt động và công dụng của tụ điện để các bạn tham khảo. Tụ điện là một linh kiện điện tử quan trọng dùng để lưu trữ điện năng. Bạn cần nắm rõ cách tính điện dung và kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ đo điện để áp dụng vào thực tế. Đừng quên theo dõi fanpage Thác Trầm Hương Mobilekênh Youtube Kênh sông Thác Trầm Hương để cập nhật những thông tin hữu ích.

XEM THÊM:

• CFA là gì? Tất cả thông tin liên quan về chứng chỉ CFA
• PA là gì? Yêu cầu và triển vọng của nghề PA