1.Tụ điện là gì?

- Tụ điện một thiết bị điện tử không thể thiếu trong các mạch lọc, mạch dao dộng và các loại mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều. Tụ điện có tên gọi tiếng anh là Capacitor và được viết tắt ký hiệu chữ “C”. là một linh kiện rộng rãi trong các mạch điện tử.Tụ điện có 2 chân có thể ở dạng phân cực hoặc không phân cực, đối với tụ với phân cực cần cấp đúng điện áp để tụ có thể hoạt động (cực dương có hiệu điện thế cao hơn cực âm)

- Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu trữ năng lượng điện. Hay tích tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường.
2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi (dielectric) – là những chất không dẫn điện như: Giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica…
Có nhiều loại tụ điện khác nhau và nó được phân loại dựa trên cấu tạo của tụ điện.

- Khi 2 bề mặt có sự chênh lệch về điện thế, nó cho phép dòng điện xoay chiều đi qua. Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu.
Người ta coi tụ điện là một ắc quy mini bởi khả năng lưu trữ năng lượng điện. Tuy nhiên, cấu tạo của tụ điện cũng như nguyên lý làm việc của tụ điện với Ắc quy hoàn toàn khác nhau.
Đơn vị của tụ điện là Fara. Cách quy đổi 1 Fara: 1F = 10-6MicroFara = 10-9 Nano Fara = 10-12 Pico Fara

Cấu tạo của tụ điện:

Cấu tạo của tụ điện gồm hai bản cực đặt song song, ở giữa có một lớp cách điện gọi là điện môi.
Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí. Các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện.

Tùy thuộc vào chất liệu cách điện ở giữa bản cực thì tụ điện có tên gọi tương ứng. Ví dụ như nếu như lớp cách điện là không khí ta có tụ không khí, là giấy ta có tụ giấy, còn là gốm ta có tụ gốm và nếu là lớp hóa chất thì cho ta tụ hóa.

Các loại tụ điện thông dụng:

Xét theo dạng thức ta có thể chia tụ điện như sau:

- Có hai loại tụ chính là tụ giấy, tụ gốm và tụ hóa hay một số những loại có thể gặp như tụ mica màng mỏng, tụ bạc mica, tụ siêu hóa...

+ Tụ gốm: loại tụ này được làm bằng ceramic, phía bên ngoài có bọc keo hoặc nhuộm màu.

+ Tụ giấy: có bản cực là lá nhôm và điện môi là giấy tẩm dầu cách

PHÂN LOẠI TỤ ĐIỆN

- Có 2 cách phân loại tụ điện

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

1. Tụ điện phân cực:

- Là loại tụ điện có 2 đầu (-) và (+) rõ ràng và do đó bạn không thể mắc ngược đầu trong mạng điện DC. Tụ điện phân cực thường là tụ hóa học và tụ tantalum. Ví dụ:

Các loại tụ điện phân cực

2. Tụ điện không phân cực:

- Là tụ điện không quy định cực tính, bạn có thể đấu nối "thoải mái" vào mạng AC lẫn DC. Ví dụ:

Tụ CBB 474J-470nF 630V

Tụ điện CBB 155J 400v

B. Phân loại theo cấu tạo và dạng thức:

Theo cách phân loại này có các loại tụ điện như sau:

• 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 CERAMIC 105 - 1UF - Tụ kẹo

• Tụ mica màng mỏng: cấu tạo với các lớp điện môi là mica nhân tạo hay nhựa có cấu 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 ổn nhiệt rất bé. Tụ này dùng cho cao tần là thích hợp nhất. Ví dụ:

Tụ Silver Mica

• Tụ siêu hóa (Super Chimical Capacitance): dùng dung môi đất hiếm, tụ này nặng hơn tụ nhôm hóa học và có trị số cực lớn, có thể đến hàng Farad. Tụ có thể dùng như một nguồn pin cấp cho vi xử lý hay các mạch đồng hồ (clock) cần cấp điện liên tục.

• Tụ hóa sinh: là Siêu tụ điện thay thế cho pin trong việc lưu trữ điện năng trong các thiết bị điện tử di động, dùng Alginate trong tảo biển nâu làm nền dung môi --> lượng điện tích trữ siêu lớn và giảm chỉ 15% sau mỗi chu kỳ 10.000 lần sạc.

• Tụ tantalum: Tụ này có bản cực nhôm và dùng gel tantal làm dung môi, có trị số rất lớn với thể tích nhỏ.
  Ví dụ:

Tụ Tantalum 50V 1uF

• Tụ vi chỉnh và tụ xoay: Có loại gốm, loại mica và loại kim loại.

- Là loại tụ thường có giá trị rất nhỏ, thường từ 100 pF đến 500 pF. Tụ xoay có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung và thường được sử dụng trong các mạch điều chỉnh radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi dò đài.

Nguyên lý hoạt động của tụ điện:

Nguyên lý hoạt động của tụ điện

Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thành dòng điện. Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều. Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt. Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến.

Hình ảnh của tụ điện:

- Tụ điện trong thực tế có rất nhiều loại hình dáng khác nhau với nhiều loại kích thước từ to đến nhỏ. tùy vào mỗi loại điện dung và điện áp khác nhau, nên có những hình dạng khác nhau.

Hình ảnh tụ gốm

* Tụ điện trong mạch điện - các loại tụ điện

Điện dung - Đơn vị - Kí hiệu của Tụ điện:

* Điện dung: Là đại lượng nói lên khả năng tích điện trên hai bản cực của tụ điện, điện dung của tụ điện phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức

C = ξ . S / d

Trong đó C: là điện dung tụ điện, đơn vị là Fara (F)
ξ : Là hằng số điện môi của lớp cách điện
d: là chiều dày của lớp cách điện
S: là diện tích bản cực của tụ điện

* Đơn vị điện dung của tụ: Đơn vị là Fara (F), 1Fara là rất lớn do đó trong thực tế thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF).
1 Fara = 1000.000µ Fara = 1000.000.000n F = 1000.000.000.000 pF
1 µ Fara = 1000 n Fara
1 n Fara = 1000 p Fara

• + Tụ hoá (là tụ có hình trụ) trị số được ghi trực tiếp trên thân. VD : 10 Micro, 100 Micro , 470 micro vv...
• + Tụ giấy và tụ gốm (hình dẹt) trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số VD : 103J, 223K, 471J vv... Trong đó ba số đầu ký hiệu cho giá trị, chữ J hoặc K ở cuối kà ký hiệu cho sai số .
• + Có một cách ký hiệu khác VD .01J, .22K, nếu ký hiệu như vậy thì lấy đơn vị là Micro : .01J nghĩa là 0,01 Micro = 10 Nano, .022K là 0,022 Micro = 22 Nano

* Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C (Capacitor). Trên các mạch điện tụ điện có kí hiệu rất đơn giản và chúng ta có thể dễ dàng nhận thấy được

Kí hiệu tụ điện và ghép nối trong mạch

Một số tụ điện phổ biến và ứng dụng của nó:

Tụ điện là một thành phần vô cùng quan trọng trong điện tử, mỗi loại tụ điện được sử dụng cho một mục đích khác nhau.
Sau đây chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu về các chức năng của 1 số loại tụ điện:

1. Tụ hoá:

* Tính chất: Tụ hóa là tụ có phân biệt cực tính (nếu phân cực ngược sẽ bị hỏng), tụ hóa có dung môi làm bằng hóa chất nên sau khi sử dụng một thời gian dài sẽ bị khô, làm giảm khả năng phóng/nạp của tụ. Tụ hóa thường có điện dung lớn (cỡ uF). Ví dụ:

Tụ 1000uF - 50V

Ứng dụng của tụ hóa:

• Đối với các mạch nguồn xung, tụ hóa được dùng để lọc nguồn đầu vào hay lọc nguồn đầu ra.
• Đối với mạch nguồn xung trong đầu đĩa, đầu thu kts thường sử dụng tụ hóa 50V40uF nối từ cuộn hồi tiếp vào chân mồi của IC nguồn.
• Đối với các mạch loa, tụ hóa được dùng để khi mở công suất lớn không bị cháy loa và ổn định công suất tiếng cho loa. Các bạn có thể thấy, loa sau một thời gian dài sử dụng sẽ có hiện tượng loa một bên to một bên nhỏ, đó là do có một con tụ hóa nào đó bị khô, và khi đó bạn phải thay các con tụ hóa nằm cạnh IC công suất tiếng và các con tụ nằm gần đường out put của loa là được.

Tụ hóa dùng cho loa

Tụ kẹo (tụ CBB, tụ film)

*Tính chất: Tụ kẹo là tụ không phân cực, nó chỉ cho dòng điện xoay chiều đi qua và cản dòng điện một chiều. Tụ kẹo thường có điện dung nhỏ cỡ nF.

* Ứng dụng: Tụ kẹo được dùng để hạ áp trong các mạch đơn giản như đèn ngủ, đèn led cầm tay, vợt muỗi,... Vì các mạch này dùng điện áp và dòng nhỏ nên nếu dùng biến áp để hạ áp thì sẽ rất cồng kềnh và tốn kém, tụ có trị số càng lớn thì sẽ cho dòng điện đi qua càng lớn và ngược lại.

Tụ kẹo được sử dụng trong đèn led

Và còn rất rất nhiều ứng dụng của tụ điện. Tụ điện là một linh kiện điện tử không thể thiếu được trong các thiết bị điện - điện tử. Hy vọng với những chia sẻ trên đây sẽ giúp bạn đọc hiểu hơn về tụ điện - một linh kiện điện tử khá là quan trọng trong cuộc sống hằng ngày.

3. Kiểm tra tụ điện

-Phương pháp đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm, Phương pháp kiểm tra tụ hoá

A. Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm

Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập ta quan sát hình ảnh:

Ở hình ảnh trên là 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 dò và C3 là tụ bị chập.

• Khi đo tụ C1 (Tụ tốt) kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ. (Lưu ý các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp)
• Khi đo tụ C2 (Tụ bị dò) ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ.
• Khi đo tụ C3 (Tụ bị chập) ta thấy kim lên = 0 Ω và không trở về.
• Lưu ý: Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo.

B. Đo kiểm tra tụ hoá:

Tụ hoá ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô (khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm, để kiểm tra tụ hoá, ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung, hình ảnh dưới đây minh hoạ

Để kiểm tra tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng 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 ta đảo chiều que đo vài lần.

Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô.
Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị dò.

* Chú ý: Nếu kiểm tra tụ điện trực tiếp ở trên mạch, ta cần phải hút rỗng một chân tụ khỏi mạch in, sau đó kiểm tra như trên.

Hi vọng qua những chia sẻ trong bài viết về Tụ điện sẽ giúp các bạn hiểu biết thêm về thiết bị điện tử này.

(3CElectric)

• Hướng dẫn thiết kế lắp đặt tủ điện công nghiệp
• Biến tần là gì? Ưu điểm khi sử dụng biến tần
• Tủ điện điều khiển Phân loại và chức năng
• Rơ le là gì? chức năng, cấu tạo và ứng dụng