Công dụng của tụ điện trong mạch là gì ?
Tụ điện là một linh kiện điện tử được sử dụng để lưu trữ năng lượng trong một trường điện. Nó có hai dây dẫn điện được ngăn cách bởi một vật liệu cách điện, cả hai đều tích tụ điện tích khi được kết nối với nguồn điện. Một đầu tích điện âm và đầu kia tích điện dương.
Tụ điện không tiêu tán năng lượng như điện trở. Đặc tính của một tụ điện lý tưởng là điện dung của nó. Điện dung là lượng điện tích trên mỗi dây dẫn và hiệu điện thế giữa chúng. Tụ điện ngắt dòng điện một chiều và ngắn mạch trong mạch điện xoay chiều. Khoảng cách giữa hai dây dẫn càng gần và diện tích bề mặt của chúng càng lớn thì điện dung của tụ điện càng lớn.
Câu hỏi: Tụ điện thường bao gồm một lớp cách điện với hai tấm kim loại gắn ở cả hai mặt của lớp cách điện. Vật liệu cách điện không dẫn điện. Vật liệu cách điện được sử dụng trong tụ điện được gọi là điện môi. Các điện tích dương và âm được truyền trong dây dẫn trong quá trình dòng điện chảy.
Các điện tích chảy qua tụ điện khi nó được cung cấp điện, nhưng dòng chảy này bị chặn bởi lớp cách điện giữa các tấm kim loại. Do đó, các điện tích tích tụ ở một trong hai tấm kim loại, trong khi tấm còn lại được cảm ứng với một điện tích đối lập.
Vì vậy, cấu trúc của tụ điện cho phép lưu trữ điện giữa hai tấm kim loại. Các vật liệu được sử dụng làm lớp cách điện bao gồm khí, dầu, gốm và nhựa. Các tấm kim loại có nhiều hình dạng khác nhau, bao gồm tấm song song, bọc giấy bạc và nhiều lớp. Số lượng điện tích được lưu trữ và tần số được hỗ trợ thay đổi dựa trên loại vật liệu cách điện hoặc cấu trúc của tụ điện. Do đó, việc lựa chọn một tụ điện phù hợp để đáp ứng các yêu cầu đã cho là rất quan trọng.
Công dụng của tụ điện trong mạch là gì ?
Nguyên lý hoạt động của tụ điện bao gồm hai phần chính:
- Lưu trữ các điện tích (điện)
- Dòng điện xoay chiều chứ không phải dòng điện một chiều
Để biết thêm chi tiết về lưu trữ điện, vui lòng tham khảo Cấu trúc cơ bản của tụ điện.
Khi điện tích được lưu trữ giữa các tấm kim loại, quá trình truyền điện tích bị dừng lại, ngăn chặn dòng điện một chiều. Về cơ bản, dòng điện một chiều có thể chảy qua tụ điện trong một khoảng thời gian ngắn cho đến khi chúng được sạc đầy. Trong trường hợp dòng điện xoay chiều, hướng dòng điện được chuyển đổi sau một khoảng thời gian nhất định và tụ điện được sạc và sau đó xả. Do đó, dòng điện dường như đang đi qua tụ điện.
Theo đó, tần số xoay chiều càng cao thì dòng điện càng dễ chảy qua tụ điện. Do đó, tụ điện đóng ba vai trò quan trọng sau trong mạch điện tử.
1) Sạc và xả
Tụ điện có thể sạc và xả do cấu trúc của nó. Với đặc điểm là điện tích và xả điện, tụ điện cũng có thể được sử dụng làm nguồn cấp điện. Đèn flash máy ảnh sử dụng tính năng này của tụ điện.
Phải áp dụng điện áp cao để đạt được khả năng phát sáng mạnh. Điện áp cao này không cần thiết trong mạch để vận hành máy ảnh. Sau đó, một tụ điện với cấu trúc phù hợp được chọn, có thể đạt được công suất phát sáng cao bằng cách xả nhanh các điện tích đã lưu trữ.
2) Duy trì điện áp ở cùng một mức
Tụ điện cũng được sử dụng để duy trì điện áp ở một mức nhất định. Chúng hữu ích trong việc giảm xung điện áp. Khi một điện áp cao được áp dụng cho mạch song song, tụ điện được sạc và ngược lại, nó được xả khi áp dụng điện áp thấp.
Trong khi điện chảy ra là dòng xoay chiều, hầu hết các mạch điện tử hoạt động với dòng một chiều. Do đó, dòng xoay chiều được chuyển đổi thành dòng một chiều bằng cách sử dụng mạch chỉnh lưu. Tuy nhiên, dòng một chiều đã chuyển đổi là một dòng không ổn định bao gồm các gợn sóng. Một tụ điện được sử dụng để loại bỏ các gợn sóng này và duy trì điện áp không đổi.
3) Loại bỏ nhiễu
Dòng điện xoay chiều trong tụ điện rất hữu ích để giảm nhiễu. Nói chung, vì nhiễu trong dòng một chiều là một thành phần xoay chiều có tần số cao, nó có xu hướng dễ dàng đi qua tụ điện.
Một mạch nhánh được chèn vào giữa đầu vào và đầu ra để tạo kết nối nối đất trong tụ điện. Do đó, chỉ có thành phần xoay chiều chảy qua tụ điện và thành phần một chiều chảy qua mạch đầu ra.
Các loại tụ điện điển hình
| Loại tụ điện | Đặc điểm |
|---|---|
| Tụ điện nhôm | – Được làm từ nhôm và một kim loại khác – Sử dụng màng oxit làm vật liệu điện môi – Có điện dung cao với giá thành hợp lý – Được sử dụng rộng rãi như một tụ điện có điện dung lớn – Nhược điểm: đặc tính tần số kém, kích thước lớn, mất điện môi do rò rỉ chất lỏng |
| Tụ tantalum | – Sử dụng tantalum làm anốt và pentoxide tantalum làm vật liệu điện môi – Có điện dung tương đối lớn mặc dù nhỏ hơn tụ điện nhôm – Vượt trội hơn tụ nhôm về đặc tính dòng rò, tính chất tần số, điện dung và đặc tính nhiệt độ |
| Tụ điện lớp kép | – Có điện dung cực kỳ lớn, gấp 1.000 đến 10.000 lần so với tụ điện nhôm – Có thể sử dụng lặp đi lặp lại trong thời gian dài mà không bị giới hạn số chu kỳ sạc/xả – Sử dụng lớp kép điện tích tích tụ tại ranh giới của chất điện phân và điện cực làm vật liệu điện môi – Đắt hơn các loại tụ điện khác |
| Tụ gốm | – Chia thành ba loại dựa trên loại gốm sử dụng làm vật liệu điện môi: loại điện môi thấp, loại điện môi cao và loại bán dẫn – Điện dung thay đổi theo điện áp cung cấp – Đặc trưng bởi kích thước nhỏ và khả năng chịu nhiệt – Nhược điểm: dễ vỡ và dễ bị mẻ hoặc gãy |
| Tụ màng | – Sử dụng các màng như polyester và polyethylene làm vật liệu điện môi – Các màng polyester, polypropylene và các màng khác được kẹp giữa các lá điện cực ở cả hai bên và được cuộn thành hình trụ – Là tụ điện không phân cực, lớn hơn tụ gốm và có điện trở cách điện cao trong khi ngăn chặn tổn thất điện – Rất đáng tin cậy và có đặc tính tần số và nhiệt độ tuyệt vời |
| Tụ mica | – Sử dụng mica, một khoáng chất tự nhiên, làm vật liệu điện môi – Mica lý tưởng cho tụ điện vì nó có tính chất điện môi cao và dễ dàng bóc tách – Có các tính năng tuyệt vời như điện trở cách điện cao, hệ số tổn hao điện môi và đặc tính tần số và nhiệt độ tốt – Nhược điểm: đắt và có kích thước lớn |