Tụ điện là thành phần điện, tương tự như điện trở và cuộn cảm, cản trở dòng điện trong mạch. Tuy nhiên, không giống như một điện trở tiêu tán dòng điện, một tụ điện lưu trữ năng lượng để bảo toàn điện áp trong mạch. Tụ điện sử dụng điện trường để lưu trữ năng lượng.
Cuộn cảm là gì?
Giống như tụ điện, cuộn cảm là thành phần điện được sử dụng trong mạch để cản trở những thay đổi trong dòng điện hoặc lọc ra các tần số nhất định. Một cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong một từ trường, bảo toàn dòng điện trên toàn mạch.
Sự khác nhau giữa tụ điện và cuộn cảm
- Thiết kế vật lý của tụ điện so với cuộn cảm
Tụ điện có hai tấm dẫn điện thường được phân tách bằng vật liệu điện môi đóng vai trò là chất cách điện. Về lý thuyết, một khe hở không khí có thể tách rời các tấm, nhưng thiết kế này cực kỳ kém hiệu quả do mất năng lượng. Các loại tụ điện phổ biến bao gồm:
- Tụ gốm
- Tantalum tụ
- Tụ điện
Một cuộn cảm chỉ đơn giản là một dây, gần như luôn luôn cuộn, với hai thiết bị đầu cuối. Cuộn cảm có thể được ghép nối, có thể có vỏ đặc biệt và có thể có các vật liệu lõi khác nhau trong cuộn dây. Các cuộn cảm nhỏ nhất có xu hướng lớn hơn nhiều so với các tụ điện nhỏ nhất vì dây cuộn chiếm không gian lớn hơn nhiều so với các lớp mỏng của các tụ điện. Tuy nhiên, cuộn cảm gắn trên bề mặt đã trở nên nhỏ hơn nhiều để phù hợp với các thiết bị nhỏ như điện thoại di động. Một số loại cuộn cảm điển hình bao gồm:
- Cuộn cảm đa lớp
- Cuộn cảm
- Cuộn cảm đúc
- Cuộn cảm RF
- Trò chuyện
- Cuộn cảm bề mặt
- Loại trường lưu trữ trong tụ điện so với cuộn cảm
Tụ lưu trữ năng lượng trong một điện trường.
Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong một từ trường.
Trong một tụ điện, năng lượng được tính theo điện áp. Điện áp được xác định là chênh lệch năng lượng tiềm năng giữa hai bản tách biệt. Một tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp bằng cách lưu trữ năng lượng trong điện trường được tạo ra bởi các tấm và khe hở. Khi một dòng điện được áp dụng cho mạch, điện tích tích lũy trên các bản của tụ điện. Do đó, điện áp không thể thay đổi ngay lập tức trên một tụ điện.
- Một dòng điện không thể đi qua các bản của một tụ điện.
Trong một cuộn cảm, năng lượng được tính theo dòng điện. Một cuộn cảm chống lại sự thay đổi trong dòng điện trong mạch. Khi một dòng điện không đổi được chạy qua cuộn cảm, một từ trường được tạo ra. Là một tính chất của từ trường, khi dòng điện tăng hoặc giảm đột ngột, dòng điện trong từ trường sẽ thay đổi theo hướng ngược lại. Điều này chống lại, hoặc cản trở, sự thay đổi dòng điện trên toàn mạch. Cuộn cảm ngăn dòng điện thay đổi ngay lập tức.
- Một dòng điện có thể đi qua dây của một cuộn cảm, nhưng nó sẽ tạo ra một từ trường giống như vậy.
Nếu một dòng điện xoay chiều được đặt vào một mạch có tụ điện và điện trở, điện áp [hoặc EMF] sẽ tụt lại phía sau dòng điện [phụ thuộc vào điện dung và tần số], bởi vì tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp. Nếu một mạch điện một chiều được áp dụng thay thế, dòng điện sẽ bắt đầu cao và phân rã thành 0. Trong trường hợp này, điện tích trên tụ tích lũy khi dòng điện tiếp tục cho đến khi chênh lệch tiềm năng trong tụ điện quá lớn so với lực đối nghịch với dòng điện.
Nếu một dòng điện xoay chiều được đặt vào mạch có cuộn cảm và điện trở, dòng điện sẽ tụt lại phía sau điện áp [phụ thuộc vào độ tự cảm và tần số], bởi vì cuộn cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện. Với một dòng điện một chiều được áp dụng, dòng điện sẽ bắt đầu xuống thấp và tăng về trạng thái ổn định, như là một nghịch đảo của tụ điện. Điều này xảy ra bởi vì từ trường trong cuộn cảm chống lại sự thay đổi đột ngột của dòng điện xảy ra khi dòng điện một chiều bật. Khi tắt dòng điện, từ trường sẽ chống lại sự thay đổi một lần nữa.
- Tần số của tụ điện và cuộn cảm
Tụ điện là tốt nhất để thực hiện các tín hiệu tần số cao. Chúng có thể được sử dụng để chặn tín hiệu tần số thấp hoặc nhiễu. Kích thước của tụ điện có thể thay đổi dải tần số được lọc ra và có thể kết hợp các kích thước khác nhau của tụ điện.
Cuộn cảm dẫn điện tốt nhất ở tần số thấp và lọc tín hiệu và dao động tần số cao. Cuộn cảm có thể được sử dụng song song với tụ điện để hạn chế phạm vi tần số trong mạch.
- Ứng dụng của tụ điện và cuộn cảm
Bởi vì các tụ điện dẫn tốt ở tần số cao, chúng thường được sử dụng trong các nguồn cung cấp điện cao áp, nơi chúng có thể lọc tiếng ồn. Theo truyền thống, chúng đã được sử dụng trong các tình huống cần mức điện dung và mức năng lượng rất lớn, chẳng hạn như trong radar. Chúng cũng được sử dụng cho các thiết bị điện tử như radio sử dụng tín hiệu dao động, trong đó một tấm của tụ điện có thể phóng điện và tấm kia có thể sạc ngay lập tức. Các tụ điện cũng thường được đặt bên cạnh các vi mạch để chặn nhiễu từ tín hiệu DC; trong trường hợp này, chúng là tụ điện ghép.
Cuộn cảm là phổ biến trên nhiều loại thiết bị điện tử hiện đại. TV, radio và bugi đều được sử dụng hàng ngày cho cuộn cảm. Trong trường hợp tần số hoặc cộng hưởng là quan trọng, cuộn cảm có thể được kết hợp với tụ điện và điện trở để khuếch đại hoặc hạn chế dao động trong mạch. Cuộn cảm truyền thống thường quá lớn để sử dụng với các vi mạch hiện đại, nhưng cuộn cảm gắn trên bề mặt đang được sản xuất đủ nhỏ cho các thiết bị điện tử ngày nay. Các loại cuộn cảm khác có khả năng bổ sung, như việc sử dụng cuộn cảm ghép trong máy biến thế.
Bảng khác biệt giữa tụ điện và cuộn cảm
| Đặc tính | Tụ điện | Cuộn cảm |
| Lĩnh vực lưu trữ | Điện trường | Từ trường |
| Chống lại điện áp hoặc hiện tại | Vôn | Hiện hành |
| Tiến hành một hiện tại | Không | Đúng |
| Dòng điện xoay chiều | Độ trễ điện áp | Độ trễ hiện tại |
| Dòng điện một chiều | Giảm hiện tại theo thời gian | Tăng hiện tại theo thời gian |
| Tần số tốt nhất để dẫn | Tần suất cao | Tần suất thấp |
Tóm tắt tụ điện so với cuộn cảm
- Tụ điện và cuộn cảm là các thành phần điện tương tự cản trở dòng điện trong mạch; Không giống như một điện trở, họ lưu trữ năng lượng thay vì tiêu tán nó.
- Một tụ điện lưu trữ năng lượng trong một điện trường, trong khi một cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong một từ trường.
- Tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp và dòng điện không đi qua chúng; cuộn cảm chống lại sự thay đổi trong hiện tại và hành vi.
- Tụ điện hoạt động tốt nhất ở tần số cao và cuộn cảm hoạt động tốt nhất ở tần số thấp; chúng có thể được kết hợp để lọc các tín hiệu hoặc tần số không mong muốn.
Tụ điện là một linh kiện phổ biến trong các mạch điện tử. Tụ điện có hai chân có thể có phân cực hoặc không phân cực, nếu tụ có phân cực cần cấp đúng điện áp để tụ có thể hoạt động [cực dương có hiệu điện thế cao hơn cực âm]
Về cơ bản tụ là một linh kiện điện tử dùng để chứa điện tích. Nó bao gồm hai bản dẫn điện ngăn cách bởi mọt lớp cách điện [điện môi]. Khi hai bản được tích điện trái dấu, tụ sẽ tạo ra một điện trường. Do đó, giữ hai đầu tụ sẽ tồn tại một điện áp. Điện áp giữa hai đầu tụ được tính bằng
U: là điện áp giữa hai đầu tụ [V]
Q: là điện tích mà tụ tích được [điện tích của bản dương – đo bằng Coulomb]
C: điện dung của tụ [biểu thị độ chứa điện – đo bằng Farad]
Phân loại tụ điện theo đặc điểm cấu tạo
- Tụ điện gốm [tụ đất]: loại tụ này được làm từ ceramic, vỏ ngoài của tụ thương được bọc keo hoặc nhuộm màu. Các loại gốm thường được sử dụng cho loại tụ này là COG, X7R, Z5U v.v…
- Tụ gốm đa lớp: là loại tụ gốm có nhiều lớp bản cực cách điện bằng gốm. Tụ này đáp ứng cao tần và điện áp cao hơn loại tụ gốm “thường” khoảng 4–>5 lần
- Tụ giấy: Là tụ điện có bản cực là các lá nhôm hoặc thiếc cách nhau bằng lớp giấy tầm dầu cách điện làm dung môi.
- Tụ mica màng mỏng: cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay nhựa có cầu tạo màng mỏng [thin film] như Mylar, Polycarbonate, Polyester, Polystyrene [ổn định nhiệt 150 ppm / C]
- Tụ bạc – mica: là loại tụ điện mica có bàn cực bằng bạc, khá nặng. Điện dung từ vài pF đến vài nF, độ ồn nhiệt rất bé. Loại tụ này chuyên dung cho các mạch cao tần
- Tụ hóa học: Là tụ giấy có dung môi hóa học đặc hiệu –> tạo điện dung cao và rất cao cho tụ điện. Nếu bến ngoài có vỏ nhôm bọc nhựa thì còn gọi là tụ nhôm
- Tụ siêu hóa [Super Chimical Capacitance]: dùng dung môi đất hiếm, tụ này năng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad. Tụ có thể dùng như một nguồn pin cao cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ [Clock] cần cấp điện liên tục
- Tụ hóa sinh hay còn gọi là siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năng trong các thiết bị điện tử di động, dùng Iginate trong tảo biến nâu làm nền cho dung môi –> lượng điện tích trữ siêu lớn và giả chỉ 15% sau mỗi chu kỳ 10.000 lần sạc
- Tụ tantalium: tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, có trị số rất lớn với có thể tích nhỏ
Tóm lại
Tụ điện là một linh kiện kìm hãm sự biến thiên áp qua nó bằng cách sinh ra dòng điện. Tụ điện chứa một lọai năng lượng gọi là thế năng điện trường [tăng theo điện áp] và sẽ xả năng lượng khi trong mạch cần năng lượng từ nó. Khi bị cưỡng bức bởi điện áp, nó không thích điện một chiều và rất thích điện xoay chiều [Với điện một chiều, điện áp không bao giờ thay đổi do đó tụ không sinh ra dòng điện -> tụ không dẫn điện với điện áp một chiều]
Cuộn cảm [L]
Khác với tụ điện, cuộn cảm không phải là một thành phần quá quen thuộc trong các mạch điện tử. Mặt khác, nó lại còn là một thành phần rất rắc rối trong mạch điện tử. Cuộn cảm củng có hai chân nhưng cả hai đều không phân cực và cắm chiều nào củng được.
Khái niệm
Cuộn cảm là một linh kiện điện tử dùng chứa từ trường. Cuộn cảm được cấu tạo bởi một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt. Khi cho dòng điện qua cuộn, nó sinh ra từ trường và chính từ trường này sẽ sinh ra cảm ứng để hãm lại biến thiên dòng điện trong cuộn.
Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm
a. Hệ số tự cảm [định luật Faraday]
Hệ số tự cảm làm đại lượng đặc trung cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua
L = [ µr.4.3,14.n2.S.10-7 ] / l
L: là hệ số tự cảm của cuộn dây [ đơn vị Henry H]
n: là số vòng dây của cuộn dây
l: chiều dài của cuộn dây tính bằng mét
S: tiết diện của lõi đơn vị m2
µr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi
b. Cảm kháng
Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều
ZL=2/314.f.L
Trong đó
ZL là cảm kháng, đơn vị Ohm
f: là tần số đơn vị Hz
L: hệ số tự cảm, đơn vị Henry
Nếu rút một cuộn đã tích sẵn từ và để hở hai đầu của nó, nó sẽ bị mất dòng đột ngột và giải phóng hết năng lượng, sinh ra áp cực lớn. Áp lực này gây ra vô số rắc rối trong mạch điện và tạo ra những điện áp ngược không mong muốn làm cháy transistor, các cổng ra vào của IC củng như sinh ra tia lửa điện khi đóng mở công tắc. Do đó, ở các mạch điều khiển động cơ [có thể coi là một cuộn cảm] để xả dòng điện của cuộn cảm từ từ tránh những trường hợp nguy hiểm trên. Ở các ngõ ra vào của IC củng như ở các transistor hiệu ứng trường [FET] cũng đều có các diode tích hợp bên trong.
Lưu ý: khi thiết kế mạch điện tử, cần lưu ý về các tải có tính cảm vì chúng có thể gây hư hỏng rất nghiêm trọng cho mạch.
Trong mạch điện một chiều, cuộn cảm có tính chất tương tự như một dây dẫn [với một lượng điện trở nào đó] và dẫn điện. Nhưng khi có áp xoay chiều, nó sẽ kìm hãm sự biến thiên dòng qua nó, do đố dòng qua nó bị hạn chế rất nhiều.
Điện trở [R]
Điện trở là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện bất kỳ, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở càng nhỏ và ngược lại, vật cách điện thì điện trở vô cùng lớn.
Có các loại điện trở nào?
a. Điện trở có giá trị xác định
- Điện trở than ép [cacbon film]: Điện trở than ép có dải giá trị tương đối rộng [1Ω đến 100MΩ], công suất danh định 1/8W – 2W, phần lớn có công suất là 1/4W hoặc 1/2W. Ưu điểm của loại điện trở than ép đó chính là có tính thuần trở nên được sử dụng nhiều trong phạm vi tần số thấp
- Điện trở dây quấn được chế tạo bằng cách quấn một đoạn dây không phải là chất dẫn điện tốt [Nichrome] quanh mội lõi hình trụ. Loại điện trở này có giá trị nhỏ, độ chính xác cao và có công suất nhiệt lớn. Nhược điểm của điện trở dây quấn là có tính chất điện cảm nên không sử dụng được trong các mạch cao tần mà được sử dụng nhiều trong các mạch âm tần
- Điện trở màng mỏng: Được sản xuất bằng cách lắng đọng Cacbon, kim loại hoặc oxide kim loại dưới dạng màng mỏng trên lõi hình trụ. Điện trở màng mỏng có giá trị từ thấp đến trung bình, có thể thấy rõ một ưu điểm nổi bật của điện trở màng mỏng là tính chất thuần trở nên được sử dụng trong phạm vi tần số cao, công suất nhiệt thấp và giá thành cao
b. Điện trở có giá trị thay đổi
- Biến trở [Variable Resistor] có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặc dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt.
- Nhiệt trở: là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ có 2 loại nhiệt trở: Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm, nhiệt trở có hệ số nhiệt dương
Ngoài ra đối với điện trở: bạn có thể tham khảo thêm bảng quy ước màu điện trở để dễ dàng hơn trong việc phân tích giá trị điện trở
Sử dụng thiết bị nào để đo tụ điện, cuộn cảm, điện trở
Để đo được thông số các của các đại lượng này nhanh nhất bạn nên sử dụng thiết bị chuyên dụng gọi là thiết bị đo LCR. Bạn có thể tham khảo thêm tại bải viết đo Thiết bị đo LCR là gì? Có các dòng thiết bị đo LCR nào?
Hiện nay, Lidinco là đại diện chuyên cung cấp các dòng máy đo LCR nhập khẩu chính hãng chất lượng nhất. Để được báo giá tốt nhất và tư vấn miễn phí bạn có thể liên hệ theo thông tin trên Website