Tụ điện là gì? Cấu tạo, nguyên lý và công dụng của tụ điện

Tụ điện là một linh kiện quan trọng có mặt ở hầu hết các thiết bị điện tử được sử dụng trong gia đình và được nhắc đến rất nhiều trong cuộc sống. Vậy bạn đã bao giờ thắc mắc về tụ điện là gì? hay cấu tạo cũng như nguyên lý hoạt động, công dụng của tụ điện ra sao?… Cùng tìm hiểu tất cả những thông tin có liên quan về tụ điện trong bài viết dưới đây.

Tụ điện là gì?

Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động quan trọng nhất trong chế tạo mạch điện, mạch dao động, mạch lọc, mạch truyền tín hiệu xoay chiều, cấu tạo bởi 2 bản cực song song ngăn cách bởi lớp điện môi.

Tụ điện có tính chất cách điện một chiều khi hiệu điện thế chênh lệch tại hai bề mặt của 2 bản cực song song cấu tạo nên tụ điện sẽ xuất hiện điện tích. Tụ điện không thể tự tạo ra được các electron nhưng có khả năng lưu trữ chúng và cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp. Vì vậy khả năng tích trữ năng lượng điện trường của tụ điện gần giống với ắc quy.

Tụ điện được ra đời nhờ vào sự phát hiện của Dainel Gralath về điện tích có thể lưu trữ sau đó phát minh ra được bình tích điện. Nhờ vào đó, Dainel Gralath đã kết hợp các bình tích điện thành pin để tăng dung lượng lưu trữ đã thu được thành quả và ngày càng được cải tiến để đưa vào sử dụng rộng rãi như ngày hôm nay. 

Tụ điện có tên tiếng Anh là Capacitor và được ký hiệu là C với đơn vị là Fara, ký hiệu là F.

Cấu tạo của tụ điện

Một tụ điện thông thường sẽ có cấu tạo gồm ít nhất 2 phần: 

• Hai dây dẫn điện thường ở dạng tấm kim loại được đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bằng một lớp điện môi. 
• Các chất điện môi là các chất không dẫn điện như: không khí, thủy tinh, giấy, mica, gốm, màng nhựa, giấy tẩm hóa chất,…với tính chất không dãn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng cho tụ điện.

Chất cách điện hay còn gọi là các chất điện môi sẽ quyết định đến tên gọi của tụ điện tương ứng với chất liệu của chất điện môi đó như: Tụ điện không khí (chất điện môi là không khí; Tụ điện giấy (chất điện môi là giấy); Tụ điện gốm (chất điện môi là gốm); Tụ hóa (chất điện môi là lớp hóa chất),…

Nguyên lý hoạt động của tụ điện là gì?

Nguyên lý phóng nạp

Đây là nguyên lý được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện tương ứng như một ắc quy nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường, lưu trữ hiệu quả các electron và phóng ra các điện tích này để sinh ra dòng điện.

Tuy nhiên tụ điện khác với ắc quy ở điểm rằng tụ điện không có khả năng sản sinh ra các điện tích electron như ắc quy mà chỉ có khả năng tích trữ, lưu trữ mà thôi.

Nguyên lý nạp xả

Nguyên lý nạp xả là một nguyên lý cơ bản mang tính chất đặc trưng trong hoạt động của tụ điện giúp tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều.

Khi ta cắm nạp hoặc xả tụ sẽ gây ra hiện tượng nổ, xuất hiện tia lửa điện vì khi này dòng điện tăng vọt mà điện áp của hai bản mạch không đột ngột thay đổi mà biến thiên theo thời gian, nguyên lý nạp xả của tụ điện.

Các loại tụ điện cần biết

Tụ điện gồm có 4 loại chính là: Tụ điện phân cực, tụ điện không phân cực, tụ điện biến đổi trị và siêu tụ điện.

Tụ điện phân cực

Tụ điện phân cực là loại tụ cực được xác định vì loại tụ này thường sử dụng hóa chất. Lưu ý, khi đấu nối nhất định phải đảm bảo nối chính xác 2 cực âm – dương.

Đối với tụ điện có kích thước đủ lớn, khi tụ còn mới và chưa cắt chân thì chân cực âm sẽ ngắn hơn chân cực dương và cực âm được ký hiệu là “-”. Còn với tụ điện nhỏ thì cực dương sẽ được người ra đánh dấu ký hiệu là “+”.

Tụ điện phân cực chúng ta thường gặp trong các mạch có tần số làm việc thấp.

Tụ điện không phân cực

Đây là loại tụ điện có điện dung < 1μF và không xác định được hai cực âm-dương. Tụ điện không phân cực thông thường có chất liệu của chất điện môi là giấy, gốm, mica,… và được sử dụng trong các mạch lọc nhiễu, mạch có tần số cao.

Một số loại tụ cỡ lớn có khi từ vài μF đến Fara được dùng làm tụ bù pha cho ddienj lưới hoặc các thiết bị điện khác như: tụ quạt, tụ mô tơ,…

Tụ biến đổi trị số

Đây là loại tụ được gọi tên dựa theo cấu tạo hay còn được gọi là tụ xoay, có thể thay đổi được giá trị của điện dung.

Tụ biến đổi trị số thường được sử dụng trong các kỹ thuật Radio nhằm mục đích thay đổi tần số khi thực hiện dò kênh.

Siêu tụ điện

Đây là loại tụ phân cực có mật độ năng lượng cực cao, dùng cho tích điện một chiều với khả năng trữ điện lớn có khi lên đến vài tháng hoặc cấp nguồn, thay pin dữ liệu cho các máy điện tử,…

Siêu tụ điện được sử dụng nhiều trong giao thông và thường gặp ở các thiết bị cung cấp năng lượng cho tàu hỏa, tàu điện, ô tô,… hoặc ở các thiết bị hãm phanh.

Công dụng của tụ điện là gì?

Tụ điện là một bộ phận cơ bản của thiết bị điện dùng để lưu trữ điện tích và với mỗi loại tụ điện đều có những ứng dụng riêng nhưng suy cho cùng tụ điện gồm 4 công dụng chính như sau: Dùng để lưu trữ năng lượng, Ngăn chặn dòng điện DC; Làm cảm biến và Xử lý tín hiệu.

Lưu trữ năng lượng

Khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện không nhiều nhưng nó vẫn luôn đáp ứng đủ năng lượng cho các thiết bị điện tử ở một thời điểm tạm thời như mất điện khi mà những thiết bị này cần thêm nguồn.

Cụ thể, tụ điện được sử dụng vào các bo mạch điều khiển từ các thiết bị công nghiệp đến các thiết bị dân dụng như: tủ lạnh, điều hòa, máy giặt, tivi,…

Ngăn chặn dòng điện DC

Tụ điện giúp sự tương tác của 2 dòng điện một cách hiệu quả: cho phép dòng điện xoay chiều (AC) đi qua và ngăn chặn dòng điện một chiều (DC) khi chúng được sạc; tụ điện lúc này làm nguồn sạc cung cấp điện.

Đây là một hiệu ứng của tụ điện được khai thác các phần khác nhau của mạch điện để giảm tiếng ồn hoặc có thể dẫn tới giảm hiệu suất.

Xử lý tín hiệu

Trong ngành công nghệ thông tin, tụ điện được ứng dụng rất nhiều điển hình như các thiết bị bộ nhớ truy cập như RAM nhằm biểu diễn thông tin nhị phân dưới dạng bit.

Tụ điện cũng được ứng dụng nhằm điều chỉnh mạch đến các tần số cụ thể khi sử dụng cùng với cuộn cảm biến. Đây là một hiệu ứng thường được khai thác bởi máy thu vô tuyến, hệ thống âm thanh cao cấp trên xe hơi hay loa,…

Làm cảm biến

Tụ điện còn có công dụng làm cảm biến để đo được độ ẩm của không khí, mức nhiên liệu và độ căng cơ học mà khi đó thiết bị phụ thuộc vào cấu trúc của nó.

Trên đây là những thông tin giải đáp những thắc mắc về Tụ điện là gì? Các loại tụ điện, công dụng của tụ điện,…. Hy vọng qua bài viết này bạn đã hiểu hơn và nắm rõ về tụ điện và những ứng dụng của chúng trong cuộc sống hằng ngày.