Tụ điện và Cuộn cảm

Trong bài này, tất cả chúng ta sẽ nói về hai linh phụ kiện điện tử cơ bản : tụ điện ( rất thông dụng trong mạch ) và cuộn cảm ( không thông dụng lắm nhưng gây ra rất nhiều phiền phức ). Ở đây tôi không định bàn luận về phương diện thực tiễn, mà chỉ nói về mặt vật lý của hai linh phụ kiện này, nhằm mục đích giúp những bạn nắm cách sử dụng của chúng cũng như những kiến thức và kỹ năng để bạn nghiên cứu và phân tích mạch .
Trong bài hoàn toàn có thể có những từ viết tắt như : thế thay cho điện thế, áp thay cho điện áp ( hiệu điện thế ) và dòng thay cho cường độ dòng điện. Tôi khuyên những bạn cần phải hiểu được những khái niệm trên để hoàn toàn có thể hiểu rõ hơn về bài này .

Tụ điện

Tụ điện là một linh kiện rất phổ biến trong mạch, thậm chí còn xuất hiện nhiều hơn cả điện trở trong một số mạch. Tụ điện có hai chân và được ký hiệu như hình bên. Hai chân của tụ có thể không phân cực hoặc phân cực (có âm dương). Nếu tụ có phân cực, cần cấp đúng điện áp để tụ có thể hoạt động (cực dương có điện thế cao hơn cực âm).

Tụ là một linh phụ kiện điện tử dùng để chứa điện tích. Nó gồm có hai bản dẫn điện ngăn cách bởi một lớp cách điện ( điện môi ). Khi hai bản được tích điện trái dấu, nó tạo ra một điện trường và do đó sống sót một điện áp giữa hai đầu tụ. Điện áp giữa hai đầu tụ được tích bằng :

Trong đó u là điện áp giữa hai đầu tụ ( đo bằng Volt ), q là điện tích mà tụ tích được ( điện tích của bản dương – đo bằng Coulomb ) và C là điện dung của tụ ( tức độ chứa điện – đo bằng Farad ). Ngoài thực tiễn, giá trị của tụ chỉ khoảng chừng từ uF ( microfarad ) đến nF ( nanofarad ). Tụ có điện dung càng lớn tức là chứa được càng nhiều điện với cùng một điện tế. Có thể coi tụ là cái bồn nước, áp u là độ cao mực nước, q là lượng nước trong bồn còn C là diện tích quy hoạnh đáy bồn .
Khi có một biến thiên về áp giữa hai đầu tụ ( ví dụ u giảm ), điện tích sẽ đổi khác ( ví dụ u giảm thì q giảm ) và sinh ra dòng điện làm hãm lại sự biến hóa điện áp đó ( do tại dòng điện là dòng hoạt động của điện tích – ví dụ q giảm sẽ sinh ra dòng i thoát khỏi bản dương của tụ ). Do đó, tụ là một linh phụ kiện dùng để không thay đổi áp giữa hai đầu của nó .
Chúng ta hoàn toàn có thể suy luận một cách khác. Tụ tích điện và tạo ra điện trường, do đó nó tích nguồn năng lượng. Chính xác thì đó là thế năng điện trường, tỉ lệ với bình phương điện áp giữa hai đầu nó. Và khi nó mất điện áp, nó giải phóng nguồn năng lượng ra ngoài để cân đối với thiên nhiên và môi trường và do đó sinh ra dòng để hãm lại tác nhân gây ra sự sụt áp của nó. Ngược lại, khi nó nhận thêm áp, nó hấp thụ nguồn năng lượng đó từ từ qua dòng điện. Nếu chập hai đầu tụ điện tích điện, nó mất hết áp và sẽ giải phóng hết nguồn năng lượng trong đó sinh ra dòng cực lớn ( tia lửa điện ). Ngược lại để giữ nguyên nguồn năng lượng của tụ, hãy để cho hai đầu của tụ hở vì điện tích sẽ không còn đường nào để chạy .
Với áp một chiều, nó không sinh ra dòng điện do tại áp không khi nào đổi khác. Tuy nhiên, khi cưỡng bức nó với áp xoay chiều, nó cần sinh ra dòng liên tục để hãm lại xê dịch áp của nó. Và nếu tần số càng cao, nó càng phải sinh ra nhiều dòng, do đó dung kháng càng thấp. Do đó tụ dẫn điện trong điện xoay chiều. Điều này được vận dụng khi cần khử thành phần điện một chiều trong những mạch loa và micro .
Nói tóm lại, tụ là một linh phụ kiện hãm sự biến thiên áp qua nó bằng cách sinh ra dòng, Nó chứa một loại nguồn năng lượng gọi là thế năng điện trường ( tăng theo điện áp ) và sẽ xả nguồn năng lượng khi trong mạch cần nguồn năng lượng từ nó. Khi bị cưỡng bức bởi áp, nó không thích điện một chiều và rất thích điện xoay chiều .

Cuộn cảm

Tuy nhiên, cuộn cảm lại không phải là một thành phần quá quen thuộc trong những mạch điện tử, mặt khác, nó lại là một thành phần rất rắc rối trong mạch điện tử. Cuộn cảm cũng có hai chân nhưng không có phân cực và cắm chiều nào cũng được .
Cuộn cảm là một linh phụ kiện điện tử dùng để chứa từ trường. Nghe có vẻ như khá lạ nhưng thực ra từ là một dạng nguồn năng lượng và tất yếu, nó hoàn toàn có thể chứa được giống điện tích. Cuộn cảm được cấu trúc bởi một cuộn dây và thể quấn quanh một lõi sắt. Khi cho dòng điện qua cuộn, nó sinh từ trường và chính từ trường này sẽ sinh ra áp cảm ứng để hãm lại biến thiên dòng trong cuộn. Chúng ta có công thức :

Trong đó u là điện áp giữa hai đầu cuộn ( đo bằng Volt ), i là dòng qua cuộn ( đo bằng Ampere – trong công thức tất cả chúng ta lấy đạo hàm theo thời hạn của nó ) và L được gọi là độ tự cảm hay từ dung của cuộn ( tức độ chứa từ – đo bằng Henry ). Bạn đừng chăm sóc quá đến dấu trừ, nó không quan trọng lắm nếu những bạn hiểu được nguyên tắc của cuộn. Cũng giống như tụ, từ dung càng lớn đồng nghĩa tương quan với cuộn hoàn toàn có thể chứa được nhiều từ hơn và do đó nhiều nguồn năng lượng hơn .
Công thức trên có nghĩa là nếu có một sự biến thiên về dòng qua cuộn sẽ sinh ra một áp cảm ứng ( sinh ra bởi từ trường, mà từ trường này sinh ra bởi dòng điện qua cuộn ). Áp cảm ứng này hãm sự biến thiên của cuộn lại. Các bạn hoàn toàn có thể dùng óc suy luận tương tự như với tụ ở đây, chỉ khác là dòng đổi thành áp, áp thành dòng, điện biến thành từ. Các bạn hoàn toàn có thể thấy nhiều sự tựa như như là : áp trong tụ sinh ra điện tích giúp hãm biến thiên áp của tụ, và do đó dòng trong cuộn sinh ra từ trường giúp hãm sự biến thiên dòng qua cuộn .
Chúng ta cũng hoàn toàn có thể suy luận một cách khác tựa như với tụ. Cuộn cảm tích thế năng từ trường và sẽ giải phóng khi nó mất dòng cũng như hấp thụ từ từ khi có dòng thêm rót vào nó. trái lại với tụ ( giải phóng nguồn năng lượng qua dòng ), cuộn giải phóng nguồn năng lượng qua áp. Cũng thêm một điều ngược lại với tụ, nếu rút một cuộn đã tích từ sẵn và để hở hai đầu, nó sẽ bị mất dòng bất thần và giải phóng hết nguồn năng lượng, sinh ra áp cực lớn ( trong khi với tụ, phải chập hai đầu thì mới sinh ra dòng cực lớn ) .
Áp cực lớn khi cuộn bị hở gây ra vô số những rắc rối. Nó hoàn toàn có thể gây ra những áp ngược không mong ước, làm cháy transistor, những cổng ra vào của IC cũng như sinh ra tia lửa điện khi đóng mở công tắc nguồn. Do đó, ở những mạch tinh chỉnh và điều khiển động cơ ( hoàn toàn có thể coi là một cuộn cảm ) đều có gắn thêm diode nhằm mục đích xả dòng của cuộn từ từ. Ở những ngõ ra vào của IC cũng như ở những transistor hiệu ứng trường ( FET ) cũng đều có những diode tích hợp bên trong. Khi phong cách thiết kế mạch điện tử, cần chú ý quan tâm về những tải có tính cảm vì chúng hoàn toàn có thể gây hư hỏng rất nghiêm trọng cho mạch .

Trong mạch điện một chiều, cuộn cảm có thể được xem như một dây dẫn (với một lượng điện trở nào đó). Do đó nó dẫn điện. Nhưng khi có áp xoay chiều, nó cố gắng làm hãm sự biến thiên dòng qua nó, do đó, dòng qua nó bị hạn chế rất nhiều. Tần số càng cao, cảm kháng sẽ càng cao. Điều này giúp chúng ta lọc nhiễu trong các mạch nguồn.

Tóm tắt thì cuộn cảm là một linh phụ kiện rất giống tụ, hãm sự biến thiên dòng qua nó bằng cách sinh ra áp. Nó chứa thế năng từ trường ( tăng theo dòng điện ) và cũng giống tụ, sẽ xả nguồn năng lượng khi trong mạch cần nguồn năng lượng từ nó. Khi bị cưỡng bức bởi áp, nó lại dẫn điện một chiều và ngăn dòng điện xoay chiều .
Qua bài vừa qua, những bạn đã hiểu thêm về hai linh phụ kiện thường gặp trong điện tử. Tụ điện và cuộn cảm, tuy nhìn sơ thì có vẻ hai linh phụ kiện không có gì tương quan nhau, nhưng hai linh phụ kiện này lại có sự tương đương rất cao. Có thể bạn sẽ không gặp những linh phụ kiện này trực tiếp, mà trải qua một số ít linh phụ kiện khác có tính dung ( có tính tích điện ) và tính cảm ( có tính tích từ ), và những kiến thức và kỹ năng này là vô cùng thiết yếu khi nghiên cứu và phân tích những mạch như vậy. Cám ơn những bạn đã theo dõi .

Advertisement

Chia sẻ:

• Twitter
• Facebook
• E-Mail
• In
• Thêm

• Reddit
• Skype

Thích bài này:

Thích

Đang tải …