Tụ điện là gì? Cấu tạo, đặc điểm và các loại tụ điện phổ biến

Tụ điệm là một loại linh kiện điện tử vô cùng quen thuộc và được sử dụng rất rộng rãi. Vậy tụ điện là gì? Tụ điện có đặc điểm và ứng dụng nổi bật nào? Cơ khí TT sẽ giải đáp mọi thắc mắc về các loại tụ điện trong bài viết dưới đây!

Tụ điện là gì?

Tụ điện là thiết bị điện tự quan trọng trong các mạch dao động, mạch lọc, mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Tụ là loại linh kiện điện tự thụ động, chúng được tạo bởi 2 bề mặt dẫn điện được ngăn cách bởi điện môi. Khi xuất hiện chênh lệch điện thế tại hai bề mặt thì các bề mặt sẽ xuất hiện điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu nhau.

Về khía cạnh trữ năng lượng thì tụ điện có phần tương tự như ắc quy. Tóm lại, tụ điện được cấu tạo bởi hai bản cực son song, cách điện 1 chiều nhưng nhờ nguyên lý phóng nạp để cho dòng điện xoay chiều đi qua.

Cấu tạo tụ điện

Tụ điện được cấu tạo từ 2 bản cực kim loại được đặt song song. Tên gọi của tụ điện phụ thuộc vào chất liệu cách điện trong bản cực. Ví dụ lớp cách điện là không khí thì tên tụ sẽ là tụ không khí, nếu là gốm thì sẽ là tụ gốm,…

Trên tụ điện sẽ được ghi trị số điện áp cụ thể. Đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ điện có thể chịu. Nếu sử dụng cao hơn giá trị này thì tụ điện sẽ bị nổ.

Đặc điểm tụ điện

Tụ điện giúp tích trữ năng lượng điền trường thông qua cách lưu trữ các electron. Tụ phóng ra những điện tích này để tạo nên dòng điện (tính chất phóng nạp), nhờ đó mà tụ còn có thể dẫn điện xoay chiều.

Đơn vị của tụ điện là fara. Tuy nhiên, người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

• 1 pico = 1/1000.000.000.000 fara
• 1 nano= 1/1000.000.000 fara
• 1 micro =1/1000.000 fara

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Tụ điện tích điện bằng cách lưu trữ electrong và dẫn dòng điện xoay chiều bằng tính chất phóng nạp. Nếu điện áp 2 bản mạch trong tụ không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian thì rất dễ cháy nổ khi cắm nạp hoặc xả tủ do dòng điện tăng đột ngột. Đây được gọi là nguyên lý xả nạp của tụ điện.

Phân loại tụ điện

Có thể phân loại các loại tụ điện như sau:

Phân loại tụ điện theo tính chất lý hóa và ứng dụng

Có 2 loại là tụ điện phân cực và tụ điện không phân cực:

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. Tương tự như hình dưới đây:

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 như hình sau:

Phân loại theo cấu tạo và dạng thức

Cách phân loại này bao gồm:

• Tụ gốm đa lớp: có bản cực cách điện làm bằng gốm. Đây là loại tụ đáp ứng điện áp và cao tần cao hơn gốm thường từ 4 – 5 lần.
• Tụ mica màng mỏng: Có cấu tạo các lớp điện môi là mica hoặc nhựa màng mỏng (thin film) như: Mylar, Polyester, Polycarbonate, Polystyrene.
• Tụ bạc – tụ mica: Có bàn cực bằng bạc nên khá nặng. Điện dung của loại tụ điện này từ vài pF đến vài nF và độ ổn nhiệt rất bé. Đây là loại dụ dùng cho cao cần.
• Tụ siêu hóa: 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. Loại tụ này sử dụng như nguồn pin cấp cho các mạch đồng hồ hay các vi xử lý đang cần cấp điện liên tục.
• Tụ hóa sinh: Đây là siêu tụ có thể thay thế cho pin khi lữu trữ điện năng trong thiết bị di động. Trụ này dùng Alginate có trong tảo biển nâu để làm nền dung môi. 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 sử dụng bản cực ngôn 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: Bao gồm loại tụ kim loại, mica và gốm. 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.

Các loại tụ điện phổ biến và ứng dụng của nó

Dưới đây là một số tụ điện được sử dụng phố biến nhất và những ứng dụng của chúng:

Tụ hoá

Tính chất:

• Tụ hóa có phân biệt cực tính và dung môi bằng hóa chất nên sử dụng một thời gian dài sẽ bị khô, giảm thiểu khả năng phóng nạp của tụ. Loại tụ này có dung điện khá lớn (uF). Ví dụ như:

Ứng dụng:

• Đối với mạch nguồn xung: dùng để lọc nguồn đầu vào – ra.
• Đối với mạch nguồn xung trong đầu thu, đầu đĩa: sử dụng tụ hóa 50V40uF để nối từ cuộn hồi tiếp vào chân mồi của IC nguồn.
• Đối với mạch loa: Khi mở công suất lớn sẽ không bị cháy loa. Giúp ổn định công suấ cho loa.

Tụ kẹo (tụ CBB, tụ film)

Tính chất:

• Tụ kẹo không phân cực, chỉ cho phép dòng điện xoay chiều đi qua và sẽ cản dòng điện một chiều. Loại tụ này có điện dung nhỏ (nF)

Ứng dụng:

• Tụ kẹo dùng để hạ áp cách mạch đơn giản như: đèn led, đèn ngủ, vợt muỗi,… Vì dòng mạch này dùng điện áp nhỏ nên nếu dùng biến áp để hạ áp sẽ tốn kém và cồng kềnh. Tụ kẹo có trị số càng lớn thì dòng điện đi qua càng lớn.

Kiểm tra tụ điện

Phương pháp kiểm tra tụ điện bao gồm những bước như sau:

Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm

Tụ gốm và tụ giấy thường dễ hỏng ở dạng bị chập hay rò ri. Để có thể phát hiện ra điểm bị chập hay rò rỉ có thể quan sát hình ảnh sau:

• Theo ảnh trên thì có 3 tụ là C1, C2, C3 dung điện bằng nhau. Trong đó có tụ C2 bị rò rỉ và tụ C3 bị chập.
• Tiến hành đô tụ C1, kím phóng lên 1 chút rồi quay về vị trí cũ (tụ nhỏ <1nF thì kim sẽ không phóng nạp)
• Tiến hành đo tụ C2 ta thấy kim phóng lên lưng chừng và không quay về vị trí ban đầu nũa.
• Tiến hành đo tụ C3 sẽ thấy kim lên = 0 Ω và không quay về.

Lưu ý: Khi tiến hành kiểm tra tụ gốm hoặc tụ giấy thì nên để đồng hộ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ sau đó tiến hành đảo chiều kim đồng hồ vài lần trong quá trình đo.

Đo kiểm tra tụ hoá

Tụ hóa là loại tụ ít bị hỏng như tụ giấy nhưng chúng lại hay bị hỏng dưới dạng bị khô hóa chất bên trong lớp điện môi. Khi đó, dung điện trong tụ sẽ bị giảm đi.

Để kiểm tra tụ hóa thì thường dùng cách so sánh độ phóng nạp của tụ muốn kiểm tra với một tụ chất lượng cùng điện dung. Tham khảo hình minh họa dưới đây:

• Kiểm tra tụ hóa C2 có bị hỏng hay không bằng cách dùng C1 có cùng điện dung để so sánh.
• Chỉnh đồng hồ về thang từ x1Ω đến x100Ω
• Đo 2 tụ để so sánh độ phóng nạp. Đảo chiều que đo vài lần để đảm bảo độ chính xác nhất.
• Nếu 2 tụ có độ phóng nạp bằng nhau thì tụ C2 vẫn còn tốt. Nếu tụ C2 phóng nạp kém hơn thì chứng tỏ tụ đó đã bị khô.

Lưu ý: Khi kiểm tra tụ điện trực tiếp trong mạch thì ta cần phải hút một chân tụ ra khỏi mạch rồi mới tiến hành kiểm tra. Trong trường hợp muốn kiểm tra tụ hóa sống hay chết thì chỉ cần tích điện cho chúng rồi để tụ tạo ra điện trở trong lòng lớp điện dung môi là được.

Trên đây là những thông tin chi tiết nhất về khái niệm, đặc điểm và ứng dụng của các loại tụ điện. Nếu bạn vẫn còn băn khoăn hay có câu hỏi cần giải đáp, hãy liên hệ ngay với Cơ khí TT để được giải đáp nhanh chóng nhất nhé!