Trong cuộc sống chắc hẳn các bạn thường nghe thấy tivi bị hỏng tụ điện, quạt bị hỏng tụ,… Vậy tụ điện là gì? Cấu tạo của tụ điện ra sao và nó có công dụng như thế nào? Sau đây, chúng tôi sẽ giải đáp chi tiết từng thắc mắc trên và hướng dẫn cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng cho các bạn nắm được nhé!
Tụ điện là gì?
Tụ điện là một linh kiện điện tử có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Nó hoạt động bằng cách tích lũy các điện tích trên hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp vật liệu cách điện, gọi là điện môi. Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện có nhiệm vụ tăng khả năng tích trữ năng lượng của tụ điện. Các thông số kỹ thuật quan trọng của tụ điện như:
- Điện dung: Đo lường khả năng lưu trữ điện của tụ điện được tính bằng 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 một giá trị rất lớn.
- Điện áp làm việc: Là điện áp tối đa mà tụ điện có thể chịu đựng được mà không bị hỏng hóc.
- Điện trở nội: Là điện trở nội tại của tụ điện, ảnh hưởng đến hiệu suất của tụ điện trong mạch.
- Dung sai: Biểu thị mức độ sai lệch của giá trị điện dung thực tế so với giá trị danh định.
Cấu tạo của tụ điện
Tụ điện là gì? Đây là một linh kiện điện tử cơ bản có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng điện trường. Cấu tạo của tụ điện gồm ba phần chính:
Hai bản cực dẫn điện: Hai bản cực này thường được làm bằng kim loại và có thể có nhiều hình dạng khác nhau như bản phẳng, bản cuộn hoặc hình trụ. Các bản cực có nhiệm vụ tích lũy và truyền tải các điện tích khi một điện áp được đặt lên tụ điện.
Lớp điện môi: Lớp điện môi nằm giữa hai bản cực và là vật liệu cách điện. Vật liệu này ngăn cản dòng điện đi trực tiếp từ bản cực này sang bản cực 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 polymer khác. Đặc tính của điện môi quyết định điện dung của tụ điện. Vật liệu điện môi có hằng số điện môi càng cao thì điện dung của tụ điện càng lớn.
Vỏ bọc ngoài: Vỏ bọc ngoài bảo vệ các bản cực và điện môi khỏi các tác động bên ngoài như độ ẩm, bụi bẩn 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 việc tích lũy và duy trì các điện tích trên hai bản cực dẫn điện được ngăn cách bởi một lớp vật liệu cách điện gọi là điện môi. Khi một điện áp (V) được đặt lên hai bản cực của tụ điện, điện tích dương (+) sẽ tích lũy trên một bản cực và điện tích âm (-) sẽ tích lũy trên bản cực còn lại. Do lớp điện môi cách điện, các điện tích không thể di chuyển qua điện môi mà chỉ tích tụ trên bề mặt của bản cực.
Điện tích tích lũy trên hai bản cực tạo ra một điện trường (E) giữa chúng. Điện trường này là nguyên nhân của lực hấp dẫn giữa các điện tích dương và âm trên hai bản cực. Năng lượng được lưu trữ trong tụ điện dưới dạng năng lượng điện trường được sử dụng khi cần thiết.
Quá trình nạp xả tụ điện là gì? Khi kết nối tụ điện với một nguồn điện áp dòng điện sẽ chảy vào tụ điện, làm tăng dần lượng điện tích trên hai bản cực. Điện áp trên tụ điện tăng lên theo thời gian và cuối cùng đạt đến giá trị bằng với điện áp của nguồn. Tại điểm này, tụ điện được nạp đầy gọi là quá trình nạp.
Quá trình xả là khi ngắt nguồn điện và kết nối hai bản cực của tụ điện với một tải như điện trở, tụ điện sẽ phóng điện. Các điện tích sẽ di chuyển từ bản cực dương sang bản cực âm qua tải, làm giảm điện áp trên tụ điện cho đến khi tụ điện xả 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 ắc quy nhưng ưu điểm lớn nhất của tụ điện là khả năng lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện. Chúng có thể nhanh chóng nạp và xả điện, phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu sự thay đổi nhanh chóng về điện áp và dòng điện.
Tìm hiểu tụ điện là gì giúp chúng ta nắm được một phần công dụng của nó. Tuy nhiên, tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều (AC) đi qua nhưng ngăn chặn điện áp một chiều (DC). Điều này làm cho tụ điện hoạt động như một điện trở đa năng trong mạch AC. Khi tần số của điện xoay chiều tăng, dung kháng của tụ điện giảm giúp điện áp dễ dàng lưu thông qua tụ.
Nhờ khả năng nạp và xả điện nhanh chóng, tụ điện có thể truyền tín hiệu giữa các tầng khuếch đại mà không gây 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 mượt sóng điện áp, tạo ra nguồn điện DC ổn định. Tụ điện là một thành phần quan trọng, không thể thiếu trong các mạch điện, điện tử. Chúng được ứng dụng trong âm thanh xe hơi, trong máy phát điện, bếp từ,…
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 thông dụng:
Tụ phân cực
- Cấu trúc: Trong phần tìm hiểu tụ điện là gì chúng ta đã tìm hiểu cấu trúc chung của tụ điện. Vậy tụ điện phân cực có cấu trúc như thế nào? Tụ phân cực có một cực dương và một cực âm rõ ràng, thường 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: Cần chú ý đến cực dương và cực âm khi lắp đặt, nếu lắp ngược có thể gây hỏng hóc hoặc nổ tụ.
Tụ không phân cực
- Cấu trúc: Không có cực dương và cực âm rõ ràng, có thể đấu nối theo bất kỳ hướng nào.
- Đặc điểm: Điện dung nhỏ hơn so với tụ phân cực, ổn định và bền bỉ hơn.
- Ứng dụng: Sử dụng trong các mạch AC, mạch lọc tín hiệu, và mạch cộng hưởng.
- Loại phổ biến: Tụ gốm, tụ mica, tụ giấy, tụ polyester.
Tụ xoay
- Cấu trúc: Có thể thay đổi giá trị điện dung bằng cách xoay hoặc điều chỉnh.
- Đặc điểm: Điện dung có thể điều chỉnh trong một khoảng nhất định.
- Ứng dụng: Thường sử dụng trong các mạch radio, bộ điều chỉnh tần số và mạch cộng hưởng.
Tụ Lithium ion
- Cấu trúc: Kết hợp giữa tụ điện và pin lithium-ion.
- Đặc điểm: Có mật độ năng lượng cao, khả năng lưu trữ năng lượng lớn hơn và thời gian sạc ngắn hơn.
- Ứng dụng: Sử dụng trong các thiết bị yêu cầu nguồn năng lượng ổn định và dung lượng lớn như các thiết bị điện tử cầm tay, các hệ thống lưu trữ năng lượng, các thiết bị công nghiệp.
Công thức tính điện dung của tụ điện
Tới đây chắc hẳn các bạn đều hiểu tụ điện là gì. Trong môn Vật lý ở bậc trung học các bạn sẽ được học tính điện dung của tụ điện. Theo đó có hai hình thức tính điện dung của tụ điện khi mắc nối tiếp và mắc song song. Sau đây là cách tính chi tiết trong từng trường hợp, mời các bạn theo dõi!
Mắc nối tiếp
Khi các tụ điện mắc nối tiếp, điện dung tương đương của hệ thống các tụ điện giảm xuống và được tính theo công thức: 1/C tđ = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3+….
Nếu chỉ có hai tụ điện mắc nối tiếp, công thức tính 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, tổng điện áp chịu đựng của hệ thống các tụ điện bằng tổng điện áp của từng tụ điện: Utđ = U1 + U2 + U3+….
Khi mắc nối tiếp các tụ điện, đặc biệt là tụ hóa, cần chú ý chiều của tụ điện. Cực âm của tụ trước phải nối với cực dương của tụ sau để đảm bảo sự hoạt động đúng đắn của hệ thống tụ điện.
Mắc song song
Khi các tụ điện mắc song song, điện dung tương đương của hệ thống các tụ điện sẽ bằng tổng điện dung của từng tụ điện: Ctđ = C1 + C2 + C3+…. Điện áp chịu đựng của tụ điện tương đương bằng 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 tụ hóa, các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương để đảm bảo sự hoạt động đúng đắn của hệ thống tụ điện.
Các kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng
Trong bài viết này chúng tôi không chỉ giải đáp 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 vai trò lưu trữ điện năng tuy nhiên nếu có sự chênh lệch giữa hai bề mặt dẫn điện sẽ nguy hiểm tới người dùng. Do đó, các bạn cần tiến hành đo sự thay đổi giá trị điện dung để đánh giá xem chúng hoạt động bình thường không? Sau đây, chúng tôi sẽ hướng dẫn kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ vạn năng kim và đồng hồ vạn năng điện tử để các bạn nắm được.
Đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng kim
Bước 1: Đầu tiên, bạn hãy chọn đồng hồ vạn năng kim kiểm tra tụ điện và để chế độ ohm.
Bước 2: Tiếp theo, bạn hãy chạm que đo đồng hồ vạn năng kim vào hai cực.
Bước 3: Đọc giá trị, nếu hiển thị mức điện trở thấp, không dịch chuyển thì tụ bị ngắn mạch, không còn hoạt động tốt. Nếu đồng hồ vạn năng hiển thị điện trở tụ điện ở mức thấp rồi đến vô hạn thì vẫn còn hoạt động tốt.
Đo tụ điện bằng đồng hồ vạn năng điện tử
Bước 1: Tương tự như trên, đầu tiên các bạn cần hiểu được nguyên lý của tụ điện là gì. Chỉnh đồng hồ về Ohm đồng thời đặt thang ở dải đo 1K.
Bước 2: Đưa que đo của đồng hồ vạn năng chạm vào hai cực của tụ điện sao đó đổi que đo.
Bước 3: Màn hình đồng hồ sẽ hiển thị kết quả, nếu màn hình hiển thị dãy số trong vài giây rồi chuyển sang Open Line thì tụ điện vẫn còn hoạt động tốt. Ngược lại nếu màn hình không hiển thị, không có sự thay đổi nào thì tụ điện đã bị hỏng.
Tạm Kết
Trên đây, chúng tôi đã giải đáp tụ điện là gì, cấu tạo, nguyên lý hoạt động, công dụng của tụ điện cho các bạn tham khảo. Tụ điện là một linh kiện điện tử quan trọng để tích trữ điện năng. Các bạn cần nắm được cách tính điện dung và kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ điện năng để áp dụng vào thực tiễn. Đừng quên follow fanpage Hoàng Hà Mobile, kênh Youtube Hoàng Hà Channel để cập nhật những thông tin hữu ích.
XEM THÊM:
