Tụ điện là gì?

Ngày đăng: 22-04-2018 17:57:07

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 thếtại 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.

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).

Các tham số chính của tụ điện

Các tham số chính của tụ điện có điện dung danh định, điện áp và 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 dò điện, dải tần số làm việc, tổn hao điện môi, tiếng ồn,... và thường được nêu trong Catalog của linh kiện.

Điện dung

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

{\displaystyle C={\frac {Q}{V}}}{\displaystyle C={\frac {Q}{V}}}

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;
  • V: điện áp, có đơn vị là voltage, là điện áp ở vật thể khi tích điện.

Điện dung của tụ điện

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:

{\displaystyle C=} εrε0.{\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;
  • 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).

 

Các kiểu tụ điện

  • 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]
    • 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.
  • VaricapĐiốt bán dẫn làm việc ở chế độ biến dung.

Chia sẻ:

Bình luận

Bài viết liên quan

zalo
Vinaphone: 0915743200 - Viettel: 0979423913