Trong bất kỳ thiết bị điện hay mạch điện tử nào, tụ điện luôn xuất hiện như một linh kiện quen thuộc và giữ vai trò quan trọng. Từ những bo mạch nhỏ trong điện thoại, máy tính cho đến hệ thống công nghiệp lớn, tụ điện góp phần ổn định nguồn, lọc nhiễu, tích trữ và phóng điện khi cần thiết. Chính nhờ những đặc tính này mà tụ điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đảm bảo cho mạch hoạt động ổn định, an toàn và hiệu quả.
Tụ điện (capacitor trong tiếng Anh) là một thành phần điện tử thụ động, được tạo thành từ hai bản cực song song cách nhau bởi một lớp điện môi. Tụ điện có đặc tính cách điện một chiều, nhưng dòng điện xoay chiều có thể đi qua do nguyên tắc nạp và xả.
Ký hiệu: C là ký hiệu của tụ điện.
Đọc thêm: Bảng giá cáp điện cadivi mới nhất của công ty thiết bị điện Đại Việt
Tụ điện có cấu trúc bao gồm tối thiểu hai dây dẫn điện, thường ở dạng tấm kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song và giữa chúng là một lớp điện môi.
Các vật liệu như giấy bạc hoặc màng mỏng có thể được sử dụng làm dây dẫn cho tụ điện.
Điện môi được sử dụng cho các tụ điện thường là các vật liệu không dẫn điện như thuỷ tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa, hoặc không khí. Những điện môi này không dẫn điện, nhờ đó tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện. Tên gọi của tụ điện thường tương ứng với vật liệu cách điện giữa hai bản cực.
Điện dung: Là một đại lượng thể hiện khả năng tích lũy điện tích trên hai bản cực của tụ điện. Điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực, theo công thức C = ξ . S / d
Trong đó:
Đơn vị điện dung của tụ: Fara (F) là đơn vị điện dung. Do 1 Fara là một giá trị rất lớn, nên trong thực tế thường sử dụng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF).
Ký hiệu: Tụ điện được ký hiệu là C (Capacitor).
Fara (F) là đơn vị của tụ điện, và vì 1 Fara là một giá trị lớn, người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như: 1µF=10-6F; 1ηF=10-9F; 1pF=10-12F.
Ngoài điện dung, người ta còn nhắc đến điện môi trong tụ điện. Vậy điện môi là gì?
Điện môi là vật liệu dẫn điện kém, là những vật chất có điện trở suất cao (107 ÷ 1017Ω.m) ở nhiệt độ thường. Chất cách điện bao gồm phần lớn các vật liệu vô cơ cũng như hữu cơ.
Đối với các tụ điện mắc nối tiếp, điện dung tương đương C tđ được xác định bằng công thức: 1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )
Trong trường hợp chỉ có 2 tụ mắc nối tiếp, C tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )
Khi các tụ được mắc nối tiếp, điện áp chịu đựng của tụ tương đương bằng tổng điện áp của các tụ thành phần: U tđ = U1 + U2 + U3
Khi mắc nối tiếp các tụ, đặc biệt là tụ hoá, cần chú ý đến chiều của tụ điện: cực âm của tụ trước phải nối với cực dương của tụ sau.
Các tụ điện mắc song song có điện dung tương đương bằng tổng điện dung của từng tụ cộng lại: C = C1 + C2 + C3
Điện áp chịu đựng của cụm tụ tương đương với điện áp của tụ có điện áp thấp nhất.
Khi mắc các tụ hoá song song, các tụ phải được đấu cùng chiều âm dương.
Với tụ hoá: Giá trị điện dung của tụ hoá được in trực tiếp trên thân tụ.
=> Tụ hoá là loại tụ có phân cực âm (-) và dương (+), và luôn có hình trụ.
Ví dụ, tụ hoá ghi điện dung là 185 µF / 320 V
Với tụ giấy, tụ gốm: Trị số của tụ giấy và tụ gốm được biểu thị bằng ký hiệu.
Ví dụ, tụ gốm ghi trị số bằng ký hiệu.
Ví dụ: Tụ gốm bên phải hình ảnh trên ghi 474K, nghĩa là:
Giá trị = 47 x 10^4 = 470000 pF (đơn vị là picoFara) = 470 nF = 0,47 µF
Chữ K hoặc J ở cuối biểu thị sai số 5% hoặc 10% của tụ điện.
Thực hành đọc trị số của tụ điện
Tụ giấy và tụ gốm cũng có thể được ghi trị số theo số thập phân, với đơn vị là MicroFara.
Là tụ có phân cực âm (-) và dương (+), và luôn có hình trụ. Giá trị điện dung của tụ thường được ghi trên thân, và thường nằm trong khoảng từ 0,47 µF đến 4700 µF.
Là loại tụ không phân cực, có hình dẹt và không phân biệt âm dương. Trị số của tụ được ký hiệu trên thân bằng ba số, và điện dung của tụ thường khá nhỏ, chỉ khoảng 0,47 µF.
Là tụ có thể điều chỉnh giá trị điện dung bằng cách xoay. Loại tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi dò đài.
Có năng lượng rất cao, dùng để tích điện một chiều.
Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, và có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ đó tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.
Việc nạp hoặc xả tụ khi điện áp giữa hai bản mạch biến thiên theo thời gian, thay vì thay đổi đột ngột, sẽ giảm nguy cơ gây ra hiện tượng nổ do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả phổ biến của tụ điện.
Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị rò rỉ hoặc bị chập. Để phát hiện tụ bị rò rỉ hoặc bị chập, hãy quan sát hình ảnh sau.
Hình ảnh trên minh họa 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 rò và C3 là tụ bị chập.
Khi đo tụ C1 (tụ tốt), kim đồng hồ sẽ phóng lên một chút rồi trở về vị trí cũ. (Lưu ý: Nếu tụ quá nhỏ, < 1nF, kim sẽ không phóng nạp.)
Khi đo tụ C2 (tụ bị rò), kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại, không trở về vị trí cũ.
Khi đo tụ C3 (tụ bị chập), kim lên = 0 Ω và không trở về.
Lưu ý: Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm, cần để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ và đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo.
Tụ hoá ít khi bị rò hay bị chập như tụ giấy, nhưng 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 hoá, thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, như hình minh họa dưới đây.
Để kiểm tra xem tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, sử dụng một tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh.
Để đồng hồ 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, đảo chiều que đo vài lần.
Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau, tụ cần kiểm tra còn tốt. Nếu tụ C2 phóng nạp kém hơn, tụ C2 đã bị khô.
Nếu kim lên mà không trở về, tụ bị rò.
Có thể thấy, tụ điện là linh kiện không thể thiếu trong hầu hết các thiết bị điện – điện tử, từ những ứng dụng đơn giản đến những hệ thống phức tạp. Nhờ khả năng tích trữ và phóng điện nhanh, lọc nhiễu và ổn định nguồn, tụ điện góp phần quan trọng giúp mạch hoạt động bền bỉ, hiệu quả và an toàn hơn. Hy vọng qua bài viết trên của Đại Việt, quý độc giả đã có thêm kiến thức hữu ích rồi nhé.
