Kiến thức

Tụ điện – Wikipedia tiếng Việt

Đây là một bài viết cơ bản. Nhấn vào đây để biết thêm thông tin.

Tụ điện

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Bước tới điều hướng

Bước tới tìm kiếm

Tụ điện

Capacitors (7189597135).jpg

Các loại tụ điện phổ biến
Loại Thụ động
Phát minh

Ewald Georg von Kleist

Ký hiệu điện

Types of capacitor.svg

C

Tụ điện là một loại

linh kiện điện tử thụ động

tạo bởi hai bề mặt

dẫn điện

được ngăn cách bởi

điện môi

. Khi có chênh lệch

điện thế

tại hai bề mặt, tại các bề mặt sẽ xuất hiện

điện tích

cùng điện lượng nhưng trái dấu.

[1]

Sự tích tụ của điện tích trên hai bề mặt tạo ra khả năng tích trữ

năng lượng

điện trường

của tụ điện. Khi chênh lệch điện thế trên hai bề mặt là

điện thế xoay chiều

, sự tích luỹ điện tích bị

chậm pha

so với điện áp, tạo nên

trở kháng

của tụ điện trong mạch điện xoay chiều.

Về mặt lưu trữ năng lượng, tụ điện có phần giống với

ắc qui

. Mặc dù cách hoạt động của chúng thì hoàn toàn khác nhau, nhưng chúng đều cùng lưu trữ năng lượng điện. Ắc qui có 2 cực, bên trong xảy ra phản ứng hóa học để tạo ra

electron

ở cực này và chuyển electron sang cực còn lại. Tụ điện thì đơn giản hơn, nó không thể tạo ra electron – nó chỉ lưu trữ chúng. Tụ điện có khả năng nạp và xả rất nhanh. Đây là một ưu thế của nó so với ắc qui.

Lịch sử[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Bốn bình tích điện Leyden ở Bảo tàng Boerhaave, Leiden, Hà Lan

Vào tháng 10 năm 1745,

Ewald Georg von Kleist

 ở

Pomerania

nước Đức, phát hiện ra

điện tích

có thể được lưu trữ bằng cách nối máy phát tĩnh điện cao áp với một đoạn dây qua một bình thủy tinh chứa nước.

[2]

Tay của Von Kleist và nước đóng vai trò là chất dẫn điện, và bình thủy tinh là chất cách điện (mặc dù các chi tiết ở thời điểm đó được xác nhận là miêu tả chưa đúng). Von Kleist phát hiện thấy khi chạm tay vào dây dẫn thì phát ra một tia lửa điện lớn và sau đó ông cảm thấy rất đau, đau hơn cả khi chạm tay vào máy phát tĩnh điện. Sau đó một năm, nhà vật lý người Hà Lan

Pieter van Musschenbroek

làm việc tại đại học Leiden, phát minh ra một bình tích điện tương tự, được đặt tên là bình Leyden.

[3]

Sau đó

Daniel Gralath

là người đầu tiên kết hợp nhiều bình tích điện song song với nhau thành một quả “pin” để tăng dung lượng lưu trữ.

Benjamin Franklin

điều tra chiếc bình Leyden và đi đến kết luận rằng điện tích đã được lưu trữ trên chiếc bình thủy tinh, không phải ở trong nước như những người khác đã giả định. Từ đó, thuật ngữ “battery” hay tiếng việt gọi là “pin” được thông qua.

[4]

Sau đó, nước được thay bằng các dung dịch hóa điện, bên trong và bên ngoài bình layden được phủ bằng lá kim loại. Để lại một khoảng trống ở miệng để tránh tia lửa điện giữa các lá. Bình layden là bình tích điện đầu tiên có điện dung khoảng 1,11 nF (nano Fara).

Xem thêm: Mười mối đe dọa sức khỏe toàn cầu năm 2019

Các tham số chính của tụ điện[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Các tham số chính của tụ điện

điện dung

danh định,

điện áp

nhiệt độ

làm việc cao nhất.

Ngoài ra là các tham số tinh tế, dành cho người thiết kế hay sửa chữa thiết bị chính xác cao: Hệ số biến đổi

điện dung

theo nhiệt độ, độ trôi

điện dung

theo thời gian, độ

rò điện

, dải

tần số

làm việc, tổn hao điện môi, tiếng ồn,… và thường được nêu trong Catalog của linh kiện.

Điện dung[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Vật thể nói chung đều có khả năng tích điện, và khả năng này đặc trưng bởi điện dung C{displaystyle C}, xác định tổng quát qua điện lượng theo biểu thức:

C=QU{displaystyle C={frac {Q}{U}}}

Trong đó:

  • C:

    điện dung

    , có đơn vị là farad;

  • Q:

    điện lượng

    , có đơn vị là coulomb, là độ lớn điện tích được tích tụ ở vật thể;

  • U:

    điện áp

    , có đơn vị là voltage, là điện áp ở vật thể khi tích điện.

Điện dung của tụ điện[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Trong tụ điện thì điện dung phụ thuộc vào diện tích bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữ hai bản cực theo công thức:

C={displaystyle C=} εrε0.Sd{displaystyle {frac {S}{d}}}

Trong đó:

  • C:

    điện dung

    , có đơn vị là farad [F];

  • εr: Là hằng số điện môi hay còn gọi là điện thẩm tương đối (so với chân không) của lớp cách điện;
  • ε0: Là hằng số điện thẩm (ε0 ≈1÷(9*109*4*π)≈8.854187817*10-12);
  • d: là chiều dày của lớp cách điện;
  • S: là diện tích bản cực của tụ điện.

Đơn vị của đại lượng điện dung là Fara [F]. Trong thực tế đơn vị Fara là trị số rất lớn, do đó thường dùng các đơn vị đo nhỏ hơn như micro Fara (1µF=10−6F), nano Fara (1nF=10−9F), picoFara (1pF=10−12F).

Tụ điện phân cực,

tụ hóa

Thông thường do sự lão hóa vật liệu mà nhiều loại tụ có

điện dung

giảm theo thời gian. Các tụ hóa có mức độ giảm lớn nhất, và thường gọi là “già cỗi”. Nó dẫn đến sai lệch hoạt động của

mạch điện tử

.

Dãy tụ 150 KV bù pha trong truyền tải điện

Điện áp làm việc[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Tụ điện được đặc trưng bởi thông số

điện áp

làm việc cao nhất và được ghi rõ trên tụ nếu có kích thước đủ lớn. Đó là giá trị điện áp thường trực rơi trên tụ điện mà nó chịu đựng được. Giá trị điện áp tức thời có thể cao hơn điện áp này một chút, nhưng nếu quá cao, ví dụ bằng 200% định mức, thì lớp điện môi có thể bị đánh thủng, gây chập tụ.

Trước đây giá thành sản xuất tụ điện cao, nên tụ có khá nhiều mức điện áp làm việc: 5V, 10V, 12V, 16V, 24V, 25V, 35V, 42V, 47V, 56V, 100V, 110V, 160V, 180V, 250V, 280V, 300V, 400V…

Ngày nay các dây chuyền lớn sản xuất và cho ra ít cấp điện áp hơn thế:

  • Tụ hoá: 16V, 25V, 35V, 63V, 100V, 150V, 250V, 400V.
  • Tụ khác: 63V, 250V, 630V, 1KV.
  • Các tụ đặc chủng có mức điện áp cao hơn, như 1,5 kV, 4 kV,… và tuỳ vào hãng sản xuất.

Khi thiết kế hoặc sửa chữa mạch, phải chọn tụ có điện áp làm việc cao hơn điện áp mạch cỡ 30% trở lên. Ví dụ trong mạch lọc nguồn 12V thì chọn tụ hóa 16V, chứ không dùng tụ có điện áp làm việc đúng 12V.

Nhiệt độ làm việc[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Nhiệt độ

làm việc của tụ điện thường được hiểu là

nhiệt độ

ở vùng đặt tụ điện khi mạch điện hoạt động. Tụ điện phải được chọn với

nhiệt độ

làm việc cao nhất cao hơn

nhiệt độ

này.

Thông thường

nhiệt độ

được thiết lập do tiêu tán điện năng biến thành nhiệt của mạch, cộng với nhiệt do môi trường ngoài truyền vào nếu

nhiệt độ

môi trường cao hơn.

Song với các tụ có mức

rò điện

cao, thì xảy ra sự tiêu tán điện năng biến thành nhiệt trong tụ điện, làm cho

nhiệt độ

trong tụ điện cao hơn xung quanh. Các hư hỏng nổ tụ thường liên quan đến hiện tượng này. Các tụ hóa thường có

rò điện

ohmic, còn các tụ tần cao thì có dòng điện xoáy.

Các loại tụ điện[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Có rất nhiều loại.

[1]

Tụ điện phân cực[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Hầu hết

tụ hóa

là tụ điện

phân cực

, tức là nó có cực xác định. Khi đấu nối phải đúng cực âm – dương.

  • Thường trên tụ có kích thước đủ lớn thì cực âm phân biệt bằng dấu – trên vạch màu sáng dọc theo thân tụ, khi tụ mới chưa cắt chân thì chân dài hơn sẽ là cực dương.
  • Các tụ cỡ nhỏ, tụ dành cho hàn dán SMD thì đánh dấu + ở cực dương để đảm bảo tính rõ ràng.

Trị số của tụ phân cực vào khoảng 0,47μF – 4.700μF, thường dùng trong các mạch tần số làm việc thấp, dùng lọc nguồn.

Tụ không phân cực

Tụ điện không phân cực[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Tụ điện không phân cực thì không xác định cực dương âm, như tụ

giấy

, tụ

gốm

, tụ

mica

,… Các tụ có trị số điện dung nhỏ hơn 1 μF thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu. Các tụ cỡ lớn, từ một vài μF đến cỡ Fara thì dùng trong điện dân dụng (tụ quạt,

mô tơ

,…) hay dàn tụ bù pha cho lưới điện.

Một số

tụ hóa

không phân cực cũng được chế tạo.

Tụ điện có trị số biến đổi[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Tụ điện có trị số biến đổi

, hay còn gọi tụ xoay (cách gọi theo cấu tạo), là tụ có thể thay đổi giá trị điện dung. Tụ này thường được sử dụng trong kỹ thuật

Radio

để thay đổi tần số

cộng hưởng

khi ta dò đài (

kênh

tần số

).

Tụ Li ion LIC 200 F cho mạch in

Siêu tụ điện[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

Đó là các tụ có mật độ năng lượng cực cao (supercapacitor) như

Tụ điện Li ion

(tụ LIC), là tụ phân cực và dùng cho tích điện một chiều. Chúng có thể trữ điện năng cho vài tháng, cấp nguồn thay các pin lưu dữ liệu trong các máy điện tử.

Khả năng phóng nạp nhanh và chứa nhiều năng lượng hứa hẹn ứng dụng tụ này trong giao thông để khai thác lại năng lượng hãm phanh (thắng), cung cấp năng lượng đỉnh đột xuất cho ô tô điện, tàu điện, tàu hoả nhanh,…

[5]

Xem thêm: Ôn tập giải bài toán bằng cách lập hệ phương trình dạng toán chuyển động

Các kiểu tụ điện[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Tụ điện tích hợp
    • Tụ điện MIS

      : tụ điện được chế tạo theo công nghệ bán dẫn, gồm 3 lớp kim loại – điện môi – chất bán dẫn (metal-isolator-semiconductor), trong đó điện môi là

      polyme

      .

    • Tụ điện trench
  • Tụ điện cố định
    • Tụ điện gốm

      (Ceramic): tụ có điện môi chế tạo theo công nghệ gốm.

      [6]

    • Tụ điện màng

      (film): tụ có điện môi là màng plastic (plastic film).

    • Tụ điện mica

      : tụ có điện môi là

      mica

      (một loại khoáng vật có trong tự nhiên, bóc được thành lá mỏng. Nó khác với tấm polyme quen gọi là mica). Tụ này ổn định cao, tổn hao thấp và thường dùng trong mạch cộng hưởng tần cao.

    • Tụ hóa

      : hay tụ điện điện phân (electrolytic capacitor), dùng chất điện phân phù hợp với kim loại dùng làm

      anode

      để tạo ra

      cathode

      , nhằm đạt được lớp điện môi mỏng và điện dung cao.

      [7]

      • Tụ hóa nhôm

        : có anode (+) làm bằng nhôm.

      • Tụ hóa tantali

        : có anode (+) làm bằng tantali.

      • Tụ hóa niobi

        : có anode (+) làm bằng niobi.

      • Tụ polyme

        , tụ OS-CON: dùng điện phân là

        polyme

        dẫn điện.

    • Siêu tụ điện

      (Supercapacitor, Electric double-layer capacitor –

      EDLS

      )

      • Siêu

        tụ điện Nanoionic

        : chế tạo theo công nghệ lớp kép nano để đạt mật độ điện dung cực cao.

      • Siêu

        tụ điện Li ion

        (LIC): chế tạo theo công nghệ lớp kép lai để đạt mật độ điện dung siêu cao.

    • Tụ điện vacuum: điện môi chân không.
  • Tụ điện biến đổi

    : tụ thay đổi được điện dung.

    • Tụ điện tuning: tụ thay đổi dải rộng dùng trong mạch điều hưởng
    • Tụ điện trim: tụ thay đổi dải hẹp để vi chỉnh
    • Tụ điện vacuum biến đổi (đã lỗi thời).
  • Tụ điện ứng dụng đặc biệt:
    • Tụ điện filter: tụ lọc nhiễu, có một cực là vỏ nối mát, cực còn lại có dạng trụ 2 đầu nối.
    • Tụ điện motor: tụ dùng để khởi động và tạo từ trường xoay cho motor.
    • Tụ điện photoflash

      : tụ dùng cho đèn flash như đèn flash máy ảnh, cần đến phóng điện nhanh.

  • Dãy tụ điện (network, array): các tụ được nối sẵn thành mảng.
  • Varicap

    :

    Điốt

    bán dẫn làm việc ở chế độ biến dung.

Tham khảo[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  1. ^

    a

    ă

    Types of Capacitor.

    Electronics Tutorials, 2014. Truy cập 01 Apr 2015.

  2. ^

    “Williams, Henry Smith. “A History of Science Volume II, Part VI: The Leyden Jar Discovered”. Retrieved 2013-03-17”

    .

  3. ^

    “Keithley, Joseph F. (1999). The Story of Electrical and Magnetic Measurements: From 500 BC to the 1940s. John Wiley & Sons. p. 23. ISBN 9780780311930. Retrieved 2013-03-17”

    .

  4. ^

    “Isaacson, Walter (2003). Benjamin Franklin: An American Life. Simon and Schuster. p. 136. ISBN 9780743260848. Retrieved 2013-03-17”

    .

  5. ^

    Dagmar Oertel. TAB, Energiespeicher – Stand und Perspektiven. Elektrochemische Kondensatoren, p. 86

  6. ^

    Ceramic Capacitors.

    Electronics Tutorials, 2014. Truy cập 01/06/2015.

  7. ^

    Electrolytic Capacitors. Electronics Tutorials, 2014. Truy cập 01/06/2015.

Xem thêm: Hiểu ngay công thức have to [Ví dụ chi tiết]-Hack Não Từ Vựng

Xem thêm[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Linh kiện điện tử

Liên kết ngoài[

sửa

|

sửa mã nguồn

]

  • Sách học điện tử

    trên

    Wikibooks

  • The First Condenser – A Beer Glass

    – SparkMuseum

  • How Capacitors Work

    – Howstuffworks

  • Introduction to Capacitors

    – CapSite

  • Capacitor Tutorial

  • Low ESR Capacitor Manufacturers

Lấy từ “

https://vi.wikipedia.org/w/index.php?title=Tụ_điện&oldid=63908896

Chuyên mục: Kiến thức

Related Articles

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *

Back to top button