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

Tụ điện là gì?

Tụ điện ( tiếng anh là capacitor) là một linh kiện điện tử thụ động cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song được ngăn cách bởi lớp điện môi, tụ điện có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.

Ký hiệu : Tụ điện có ký hiệu là C

Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện

Hình dáng thực tế của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện

Cấu tạo của tụ điện gồm tối thiểu hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm sắt kẽm kim loại. Hai mặt phẳng này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi .

Cấu tạo của tụ điện
Dây dẫn của tụ điện hoàn toàn có thể sử dụng là giấy bạc, màng mỏng mảnh, …
Điện môi sử dụng cho tụ điện là những chất không dẫn điện như thủy tinh, giấy, giấy tẩm hóa chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các điện môi này không dẫn điện nhằm mục đích tăng năng lực tích trữ nguồn năng lượng điện của tụ điện. Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng .

Điện dung, đơn vị và ký hiệu của tụ điện

Điện dung : Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức  C = ξ. S / d

• • Trong đó C : là điện dung tụ điện, đơn vị chức năng là Fara ( F )

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

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

• • S : là diện tích quy hoạnh bản cực của tụ điện .

Đơn vị điện dung của tụ : Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF).

• • 1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 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 là C (Capacitor)

Đơn vị của tụ điện là Fara ( F ), 1 Fara có trị số rất lớn và trong trong thực tiễn người ta thường dùng những đơn vị chức năng nhỏ hơn như : 1 µF = 10-6 F ; 1 ηF = 10-9 F ; 1 pF = 10-12 F
Ngoài khái niệm về điện dung thì trong tụ điện người ta thường nhắc tới điện môi vậy điện môi là gì ?

Điện môi là chất dẫn điện kém, là các vật chất có điện trở suất cao (107  ÷ 1017Ω.m) ở nhiệt độ bình thường. Chất cách điện gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ.

Công thức tính điện dung của tụ điện

Tụ điện mắc nối tiếp 

Các tụ điện mắc nối tiếp có điện dung tương đương C tđ được tính bởi công thức : 1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )

Trường hợp chỉ có 2 tụ mắc tiếp nối đuôi nhau thì C tđ = C1. C2 / ( C1 + C2 )
Khi mắc tiếp nối đuôi nhau thì điện áp chịu đựng của tụ tương tự bằng tổng điện áp của những tụ cộng lại. U tđ = U1 + U2 + U3
Khi mắc tiếp nối đuôi nhau những tụ điện, nếu là những tụ hóa ta cần chú ý quan tâm chiều của tụ điện, cực âm tụ trước phải nối với cực dương tụ sau :

Tụ điện mắc tiếp nối đuôi nhau Tụ điện mắc song song

Tụ điện mắc song song.

Các tụ điện mắc song song thì có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của các tụ cộng lại . C = C1 + C2 + C3

Điện áp chịu đựng của tụ điện tương tương bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất .
Nếu là tụ hóa thì những tụ phải được đấu cùng chiều âm khí và dương khí .

Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện

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

=> Tụ hóa là tụ có phân cực ( – ), ( + ) và luôn luôn có hình tròn trụ .

Tụ hóa ghi điện dung là 185 µF / 320 V

Với tụ giấy, tụ gốm : Tụ giấy và tụ gốm có trị số ghi bằng ký hiệu

Tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu .

• • Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhân với 10 ( Mũ số thứ 3 )

• • Ví dụ tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K nghĩa là
    Giá trị = 47 x 10 4 = 470000 p ( Lấy đơn vị là picô Fara)
    = 470 n Fara = 0,47 µF

• • Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5 % hay 10 % của tụ điện .

Thực hành đọc trị số 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.

* Tụ giấy và tụ gốm còn có một cách ghi trị số khác là ghi theo số thập phân và lấy đơn vị chức năng là MicroFara

Một cách ghi trị số khác của tụ giấy và tụ gốm .

Ý nghĩa của giá trị điện áp ghi trên thân tụ 

• • Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực lớn mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ .

• • Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì khi nào người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng chừng 1,4 lần .
• Ví dụ mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 35V. vv ..

Các loại tụ điện thông dụng:

Tụ hóa hay còn gọi là tụ phân cực

là tụ có phân cực ( – ), ( + ) và luôn có hình tròn trụ. Trên thân tụ được biểu lộ giá trị điện dung, điện dung thường từ 0,47 µF đến 4700 µF

Tụ gốm, tụ giấy, tụ mica, tụ kẹo, tụ cao áp, tụ sứ ( tụ không phân cực)

là tụ không phân cực và có hình dẹt, không phân biệt âm khí và dương khí. Có trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số, điện dung của tụ thường khá nhỏ, chỉ khoảng chừng 0,47 µF

Tụ xoay

là tụ hoàn toàn có thể xoay để đổi khác giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để biến hóa tần số cộng hưởng khi ta dò đài .

Tụ Lithium ion

có nguồn năng lượng cực cao dùng để tích điện 1 chiều

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Nguyên lý hoạt động giải trí của tụ điện

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.
Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.

Cách đo kiểm tra tụ điện sống chết còn tốt không? bằng đồng hồ vạn năng

Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm.

Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập ta quan sát hình ảnh sau đây .

Đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm .
Ở hình ảnh trên là phép đo kiểm tra tụ gốm, có ba tụ C1, C2 và C3 có điện dung bằng nhau, trong đó C1 là tụ tốt, C2 là tụ bị dò và C3 là tụ bị chập .
Khi đo tụ C1 ( Tụ tốt ) kim phóng lên 1 chút rồi quay trở lại vị trí cũ. ( Lưu ý những tụ nhỏ quá Đo kiểm tra tụ hoá

Tụ hóa ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô ( khô hóa chất bên trong lớp điện môi ) làm điện dung của tụ bị giảm, để kiểm tra tụ hóa, ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, hình ảnh dưới đây minh họa những bước kiểm tra tụ hóa .

Đo kiểm tra tụ hóa
Để kiểm tra tụ hóa C2 có trị số 100 µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh .
Để đồng hồ đeo tay ở thang từ x1Ω đến x100Ω ( điện dung càng lớn thì để thang càng thấp )

Đo vào hai tụ và so sánh độ phóng nạp, khi đo ta đảo chiều que đo vài lần.

Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô .
Trường hợp kim lên mà không quay trở lại là tụ bị dò .

Công dụng của tụ điện

• Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả. Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc-qui. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
• Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng. Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ. Hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
• Hơn nữa, do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền tí hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
• Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.

Ứng dụng của tụ điện trong thực tế:

• Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.
• Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bởi tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại được sử dụng.
• Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.
• Trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…
• Ứng dụng của tụ điện trong thực tế lớn nhất là việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng.
• Và nhiều hơn nữa những tác dụng của tụ điện như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,…