Tụ điện là gì?

Tụ điện là gì? Nguyên lý hoạt động của tụ điện ra sao? Vai trò của tụ điện là gì? đây là bộ phận mà hầu hết các thiết bị điện trong gia đình đều có, nhưng không phải ai cũng hiểu về nó. Hãy cùng đi tìm hiểu về bộ phận nhỏ này trong thiết bị điện nhé!

Tụ điện là gì?

1. Tụ điện là gì?

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động nhỏ bé có trong nhiều thiết bị điện tử, được cấu tạo bởi hai bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi lớp điện môi.

Khi xuất hiện chênh lệch điện thế tại hai bề mặt dẫn điện này thì trên bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu nhau.

Dễ hiểu hơn thì tụ điện có thể coi là bộ phận ắc quy “mini”, có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.

Tụ điện là thiết bị điện tử không thể thiếu trong các mạch điện tử như: mạch lọc nguồn, lọc nhiễu, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, mạch tạo dao động .vv…

Tụ điện có ký hiệu là C (viết tắt của cụm từ Capacitior- tên tiếng anh của Tụ điện).

Đơn vị của tụ điện là Fara (F), trong đó : 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara.

2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi lớp điện môi (dielectric) làm bằng chất liệu không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica,…

Tụ điện là một linh kiện điện tử có trong nhiều thiết bị điện

2. Cấu tạo tụ điện

Tụ điện được cấu tạo gồm các chi tiết sau:

• Có chứa ít nhất hai bề mặt dây dẫn điện ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và được ngăn cách bởi một lớp điện môi.
• Lớp điện môi sử dụng cho tụ điện phải là các vật chất không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện, có thể là thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí.

Trên tụ điện sẽ được ghi trị số điện áp là giá trị điện áp cực đại mà tụ điện có thể chịu. Nếu sử dụng lượng điện áp cao hơn giá trị này, tụ điện sẽ bị quá tải và phát nổ.

Cấu tạo của tụ điện

3. Phân loại tụ điện

Nếu theo cấu tạo, thì người ta thường gọi tên tụ điện theo tên chất liệu cách điện dùng làm lớp điện môi ở giữa bản cực. Do đó, tụ điện được phân loại như sau:

• Tụ gốm đa lớp:

Là loại tụ điện có bản cực cách điện làm bằng gốm, đáp ứng điện áp và cao tần cao hơn gốm thường từ 4 – 5 lần.

• Tụ mica màng mỏng:

Là loại tụ điện có cấu tạo các lớp điện môi là mica hoặc nhựa màng mỏng như: Mylar, Polyester, Polycarbonate, Polystyrene.

• Tụ bạc, tụ mica:

Là loại tụ điện có bản cực cách điện làm bằng bạc nên có khối lượng khá nặng. Điện dung của loại tụ điện này từ vài pF đến vài nF và độ ổn nhiệt rất bé. Đây là loại tụ điện dùng cho cao cần.

• Tụ siêu hóa:

Là loại tụ điện sử dụng dung môi là đất hiếm nên nặng hơn tụ nhôm hóa học. Tụ siêu hóa có trị số cực lớn, thậm chí lên tới hàng Farad, thường được sử dụng như nguồn pin cấp điện cho các mạch đồng hồ hay các vi xử lý cần cấp điện liên tục.

• Tụ hóa sinh:

Đây là loại siêu tụ dùng thay thế cho pin lữu trữ điện năng cho các thiết bị di động. Tụ điện loại này dùng Alginate có trong tảo biển nâu để làm nền dung môi, nên lượng điện tích trữ trong tụ siêu lớn và sẽ giảm khoảng 15% sau mỗi chu kỳ sạc (khoảng 10.000 lần).

• Tụ Tantalum:

Tụ điện loại này sử dụng bản cực mà gel tantal để làm dung môi. Tụ này tuy có thể tích nhỏ nhưng lại có trị số rất lớn.

• Tụ vi chỉnh và tụ xoay:

Là tên gọi chung để nói đến tụ điện dùng kim loại, mica và gốm làm lớp bản cực cách điện.

Đây là loại tụ có giá trị nhỏ nhất (100pF- 500pF). Tụ có khả năng xoay để thay đổi giá trị điện dung nên được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio, giúp thay đổi tần số cộng hưởng khi xuất hiện thao tác dò đài.

Lưu ý: Với mỗi một tụ điện có 1 hiệu điện thế giới hạn nhất định, nếu khi sử dụng mà đặt vào 2 bản tụ hiệu điện thế lớn hơn hiệu điện thế giới hạn thì điện môi giữa 2 bản bị đánh thủng.

Còn nếu phân loại tụ điện theo tính chất lý hóa và ứng dụng, thì được phân thành 2 loại chính:

• Tụ điện phân cực

Đây là loại tụ điện 2 đầu (+) và (-) rất rõ ràng. Tụ điện phân cực thường là tụ tantalum và tụ hóa học.

• Tụ điện không phân cực

Đây là loại tụ điện không có quy định về cực tính rõ ràng nên bạn có thể đấu nối tự do vào cả mạng AC và DC.

Có rất nhiều vật liệu làm bản cực cách điện cho tụ điện

4. Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Để tích điện cho tụ điện, ta nối hai bản của tụ điện với hai cực của nguồn điện, tụ điện nhiễm điện do hưởng ứng, điện tích của hai bản có độ lớn bằng nhau nhưng trái dấu. Ta gọi điện tích của bản dương là điện tích của tụ điện.

Nguyên lý phóng nạp của tụ điện khá tương đồng với khả năng tích trữ năng lượng điện của ắc qui, nên có thể coi tụ điện là một “ắc qui” nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường, nó giúp lưu trữ hiệu quả các điện tích electron và phóng ra các điện tích này để tạo ra dòng điện. 

Nhưng điểm khác biệt lớn của tụ điện với ắc qui là tụ điện không có khả năng sinh ra các điện tích electron.

Nguyên lý nạp xả của tụ điện là khi điện áp giữa 2 bản mạch biến thiên theo thời gian (không thay đổi đột ngột) mà bạn cắm nạp hoặc xả tụ, hiện tương tia lửa điện sẽ xảy ra do dòng điện bị tăng vọt. Nhờ có tính chất nạp xả này mà tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

5.  Công dụng của tụ điện

Tụ điện có 4 công dụng chính sau:

• Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả, nó giống một chiếc “ắc-qui mini”. Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện.
• Tụ điện 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. Nên nó hỗ trợ đắc lực cho việc điện áp được lưu thông qua tụ điện.
• Với nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, nên nó cho phép điện áp xoay chiều lưu thông, từ đó có khả năng truyền tín hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế.
• Tụ điện có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm.

Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện giống với ắc qui

6.  Ứng dụng của tụ điện trong cuộc sống

Tụ điện được biết đến là một linh kiện điện tử có trong nhiều thiết bị điện tử. Mỗi mạch điện tụ đều có một công dụng nhất định như: truyền dẫn tín hiệu , lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động,…

Trong mạch lọc nguồn, tụ điện có tác dụng lọc cho điện áp một chiều sau chỉnh lưu được bằng phẳng để cung cấp cho tải tiêu thụ, tụ điện càng lớn thì điện áp DC này càng phẳng.

Tụ điện có những ứng dụng được áp dụng trong cuộc sống như:

• Tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử.
• Tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuyếch đại âm thanh của hệ thống âm thanh trong xe hơi
• 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 quân sự, tụ điện ứng dụng trong cấu tạo điện tử các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar, vũ khí hạt nhân,…
• Trong thực tế, tụ điện được ứng dụng nhiều nhất là nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng cho các thiết bị điện tử như đồng hồ, pin điện thoại,…. ngoài ra còn có nhiều tác dụng khác như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh, …
• Tụ điện là linh kiện nhỏ không thể thiếu trong bộ bo mạch của bếp từ.

Tụ điện có nhiều ứng dụng trong cuộc sống

Bài viết trên đã tổng hợp đầy đủ kiến thức về Tụ điện là gì?  Nguyên lý hoạt động của tụ điện và ứng dụng thực tế của tụ điện trong cuộc sống, hi vọng giúp các bạn có thêm những kiến thức hữu ích về tụ điện và nắm được tầm quan trọng của nó trong cuộc sống hàng ngày.

Bài viết liên quan:

• Ý nghĩa của trị số điện trở là gì?
• Điện năng là gì? Công thức tính và ứng dụng
• Sóng điện từ là gì?