Tụ Điện Là Gì? Tìm Hiểu Phân Loại Và Ứng Dụng Tụ Điện Trong Thực Tiễn

Tụ điện là gì? Đây là một loại thiết bị quen thuộc với nhiều gia đình, đóng vai trò trong hệ thống điện. Vậy tụ điện có những loại nào và được ứng dụng như thế nào trong cuộc sống hằng ngày? Hãy cùng công ty nhà thông minh AiSmartHome khám phá tất tần tật những thông tin về tụ điện trong bài viết dưới đây nhé.

Tụ điện là gì?

Tụ điện có tên (tiếng anh là Capacitor) là một loại linh kiện điện tử thụ động có khả năng lưu trữ điện tích và năng lượng điện. Tụ được cấu tạo bởi hai bản cực đặt song song và ngăn cách nhau bởi một lớp điện môi. Thiết bị này có tính chất cách điện một chiều những khi dòng điện xoay chiều đi qua phải nhờ nguyên lý phóng nạp.

Tụ điện là một loại linh kiện được ứng dụng rộng rãi như trong các mạch điện tử, tạo dao động, cân bằng điện áp và các ứng dụng khác. Thiết bị này được chia thành các loại khác nhau như dựa trên nhiều tiêu chí như loại điện cực, loại điện môi, loại tần số, loại điện áp, dung lượng, kích thước và hình dạng.

Nguyên lý hoạt động

Tụ điện hoạt động dựa vào hai nguyên lý đó là nguyên lý phóng nạp và nguyên lý xả nạp:

• Nguyên lý phóng nạp: Là khả năng tích trữ năng lượng điện của tụ điện giống như bình ắc quy nhỏ dưới dạng điện trường. Linh kiện này có thể lưu trữ hiệu quả các electron ( nhưng không tự tạo ra các điện tích electron) và các sau đó phóng ra các điện tích electron này để tạo ra dòng điện.
• Nguyên lý xả nạp: Nguyên lý này là tính chất đặc trưng của tụ điện, nhờ có tính chất nạp xả này mà thiết bị Capacitor có khả năng dẫn dòng điện xoay chiều. Khi điện áp thay đổi đột ngột giữa hai bản mạch do hành động cắm nạp và xả tụ thì sẽ dẫn đến xuất hiện tượng tia lửa điện do dòng điện tăng vọt.

Cấu tạo

Cấu tạo của tụ điện thường gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường ở dạng kim loại. Hai bề mặt này được đặt song song với nhau và ngăn cách nhau bởi một lớp điện môi. Đặc biệt là dây dẫn của tụ có thể làm bằng màng mỏng hay giấy bạc,… Điện môi được sử dụng cho tụ điện là những chất mà không có tính dẫn điện như giấy, giấy tẩm hóa chất, thủy tinh, gốm, mica, không khí hay màng nhựa. Nhờ vào lớp điện môi không dẫn điện này mà tụ điện tăng khả năng tích trữ năng lượng điện.

Công thức tính điện dung của tụ điện là gì?

Công thức tính điện dung của tụ điện được tính gồm có hai công thức sau: 

Tụ điện mắc nối tiếp
Nếu tụ mắc nối tiếp thì điện dung của tụ được tính như sau:

1 / C tđ = (1 / C1 ) + ( 1 / C2 ) + ( 1 / C3 )

Trong đó: 

• Nếu có hai tụ điện mắc nối tiếp thì : C tđ = C1.C2 / ( C1 + C2 )
• Điện áp của tụ điện tương đương với tổng của các điện áp các tụ cộng lại: Utđ= U1+U2+U3

Khi nối thì cần phải chú ý đến chiều của tụ điện, cực dương phải nối sau cực âm.

Tụ điện mắc song song

Khi mắc nối song song, thì điện dung của tụ điện tương đương của tụ bằng tổng điện dung các tụ cộng lại với nhau: 

C = C1 + C2 + C3

Trong đó:

• Điện áp tương đương của tụ điện bằng điện áp của tụ có điện áp thấp nhất.
• Nếu là tụ hóa thì các tụ phải được nối các cực dương lại với nhau.

Các ký hiệu và đơn vị của tụ điện

Sau đây là một số đơn vị của tụ điện mà bạn nên biết

Điện dung: Là đơn vị đo lường khả năng tích điện của hai bản cực của tụ điện, giá trị điện dung phụ thuộc vào diện tích của bản cực, vật liệu làm chất điện môi và khoảng cách giữa hai bản cực theo công thức: C = ξ . S / d

Trong đó:

• C: Là giá trị điện dung, đơn vị là Fara (F).
• ξ: Là hằng số điện môi của lớp cách điện.
• S: Là diện tích hai bản cực của tụ điện.
• d: Chiều dài của lớp cách điện.

Đơn vị đo điện dung là Fara, trong thực tế thì còn có các đơn vị khác như MicroFara (µF), NanoFara (nF), PicoFara (pF). Các đơn vị được quy đổi như sau:

• 1F = 1.000.000 µF= 1.000.000.000 nF = 1.000.000.000.000 pF
• 1 µF = 1.000 nF
• 1 nF = 1.000 pF

Ký hiệu của tụ điện là C

Đơn vị đo tụ điện là Fara (F), trong thực tế thì người ta còn có thế sử dụng các đại lượng đo giá trị của tụ điện nhỏ như MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF). Các đơn vị được quy đổi như sau:

• 1 µF=10-6F
• 1ηF=10-9F
• 1pF=10-12F

Điện môi: Là chất dẫn điện kém, thường là những vật liệu có điện trở suất cao (107 ÷ 1017Ω.m) khi ở nhiệt độ bình thường. Chất cách điện này phần lớn là chất liệu vô cơ và cũng có thể sử dụng chất hữu cơ.

Những loại tụ điện phổ biến hiện nay

Hiện nay có nhiều loại tụ điện phổ biến, được nhiều người sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau. Để hiểu hơn về các loại tụ điện thì dưới đây là danh sách một số loại mà bạn nên biết.

Tụ điện Polyester

Tụ điện Polyester đây là một loại tụ điện được tạo nên bởi các tấm kim loại có màng từ Polyester ở chính giữa hoặc trên chất cách điện đặt trên một màng kim loại. Giá trị của tụ điện này thường được đo trong khoảng từ 1-15µF và điện áp để hoạt động trong khoảng giá từ 50V – 1500V. Dựa theo dung sai thì tụ Polyester gồm có các loại đo trong phạm vi 5%, 10%, 20% với hệ số nhiệt độ cao.

Nên các loại tụ điện này thường được ứng dụng để ghép hoặc lưu trữ vì có điện trở cách cao. Trên mỗi đơn vị thể tích của tụ Polyester thường có điện dung cao hơn các loại tụ điện khác. Vì thế khi cùng kích thước thì tụ Polyester sẽ có khả năng tích trữ điện tích cao hơn. Và hơn thế nữa là giá thành của các tụ Polyester thường rẻ hơn các loại khác nên được nhiều người ưa chuộng.

Tụ điện Polypropylene

Tụ điện Polypropylene có chất điện môi làm bằng màng Polypropylene, có giá trị điện dung trong phạm vi từ khoảng 100pf -10µF. Loại này có điện áp hoạt động lên đến 3000V, nên thường được sử dụng để cung cấp mạch nguồn, làm bộ khuếch đại công suất và bộ khuếch đại vạn.

Tụ Polypropylene có giá trị dung sai rất nhỏ chỉ từ 1% nên có độ chính xác cao khi sử dụng. Và điện trở cách của tụ cực kỳ cao nên phù hợp để lưu trữ, ghép với tần số dưới 100kHz, giúp cho tụ điện luôn hoạt động ổn định. Những ứng dụng của tụ Polypropylene như khử nhiễu, chặn, ghép, xử lý rung, lọc,…

Tụ điện Polystyrene

Tụ điện Polystyrene được tạo thành từ chất điện môi Polystyrene, có giá trị điện dung thấp từ 10pF đến 47nF và giá trị dung sai của tụ thường trong phạm vi 5%-10%. Ngoài ra, có một số loại tụ Polystyrene được chế tạo chất lượng tốt hơn có giá trị dung sai từ 1%-2%. Điện áp hoạt động của tụ Polystyrene này từ 30V-630V, cùng với lợi thế điện trở cách cao nên loại tụ Polystyrene được ứng dụng để ghép hay lưu trữ.

Những loại tụ Polystyrene có dung sai từ 1%-2% thì thường được ứng dụng cho các mạch điều chỉnh, mạch lọc, mạch thời gian. Tuy vậy, loại tụ Polystyrene cũng có nhược điểm đó là không thể dùng trong các trường hợp có tần số cao và giá trị điện dung không thay đổi khi gặp nhiệt độ cao trên 70 độ C. Điều này do đặc điểm cấu tạo của tụ chỉ được tạo bởi 1 cuộn dây bên trong.

Tụ điện Polycarbonate

Một trong những loại tụ điện phổ biến được nhắc đến không thể bỏ qua tụ điện Polycarbonate. Với đặc điểm được chế xuất từ màng Polycarbonate có giá trị điện dung từ 100pF – 10µF, điện áp hoạt động của tụ có thể lên đến 400V. Khi nhiệt độ thay đổi thì tụ Polycarbonate không có nhiều sự thay đổi, đây là một ưu điểm khiến nhiều người dùng ưu tiên sử dụng loại tụ Polycarbonate này.

Bên cạnh đó thì, loại tụ Polycarbonate cũng có nhược điểm đó là mức dung sai quá cao có thể từ 5%- 10%. Do đó, tụ thường không phù hợp cho các trường hợp đo cần độ chính xác cao.

Tụ điện bạc Mica

Tụ điện bạc Mica có đặc trưng là được tạo ra bằng cách lắng bằng một lớp bạc mỏng lên bề mặt của một vùng điện môi, vùng điện môi này được làm bằng chất liệu Mica và được ổn định theo thời gian. Ưu điểm của loại tụ bạc Mica là có giá trị dung sai nhỏ, giá trị này thường dưới 1% tạo cho tụ có độ bền cao.t

Trên thị trường hiện nay, giá thành của loại tụ bạc Mica này khá là cao và giá trị điện dung không cao, nên ít được người dùng lựa chọn để sử dụng. Tuy nhiên nhờ vào khả năng cách điện tốt và có sự ổn định cao nên trong một số lĩnh vực thì tụ này được dùng để trong các mạch cộng hưởng, bộ lọc tần số cao.

Tụ điện giấy

Tụ điện giấy được làm từ các dải lá kim loại mỏng và ghép với lớp điện môi phân tích bằng giấy sáp. Tụ giấy thường có giá trị điện dung từ 500pF – 50µF cùng với điện áp làm việc của tụ tương đối cao. Nên được ứng dụng cho các thiết bị có điện áp cao. Và nhược điểm của tụ giấy là giá trị dung sai từ 10%-20%, tốc độ rò rỉ điện cao nên không thích hợp để ghép AC cho các mạch cần thời gian chính xác cao.

Tụ nhôm

Tụ nhôm là loại tụ được ứng dụng khá phổ biến được thiết kế với hai dải nhôm cuộn lại cùng một dải giấy thấm ở giữa. Dải nhôm này được ngâm trong dung dịch điện phân và sau đó được đóng thành khuôn để tạo thành hình dạng như hình trụ. Giá trị điện dung của tụ nhôm từ khoảng 0,1µF đến 500.000µF, điện áp hoạt động có từ khoảng 10V-100V.

Tuy nhiên tụ nhôm có tốc độ rò rỉ cao nên không được ứng dụng để ghép tần số AC cao, cùng với đó là giá trị dung sai quá cao lên trên dưới khoảng 20%. Nên tụ nhôm không được ứng dụng nhiều trong các mạch lọc hay mạch thời gian, vì những mạch này cần độ chính xác cao.

Tụ điện Tantalum

Tụ Tantalum là loại tụ điện được làm từ Tantalum Pentoxide, với kích thước nhỏ, nhẹ và khả năng hoạt động ổn định tụ nhôm. Tốc độ rò rỉ của tụ cũng thấp, giữa hai chân có độ tự cảm thấp. Bên cạnh đó, điện dung và điện áp hoạt động tụ Tantalum thấp. Nên khi gặp các dòng điện áp cao thì dễ bị hư hỏng, nên thường được ứng dụng trong các hệ thống tín hiệu không có nhiều dòng.

Tụ điện gốm

Tụ điện gốm có chất điện môi được làm bằng chất liệu titanium acid barium, có giá trị điện dung cao từ 1pF đến vài microfarad. Hiện nay loại tụ gốm này được chế tạo và sản xuất với giá trị dung sai và giá trị điện áp hoạt động khá rộng. Với ưu điểm, độ tự cảm thấp do bên trong được chế tạo không thành cuộn. Nên loại tụ điện này thường được ứng dụng rộng rãi như ghép thử cùng loại tụ gốm và ứng dụng có tần cao.

Cách đo và kiểm tra tụ điện

Sau đây là hai cách kiểm tra tụ điện bằng đồng hồ, các bước chi tiết được trình bày như sau:

Tụ hóa

Đối với tụ hóa để đo và kiểm tra khả năng hoạt động thì chúng ta sẽ so sánh độ phóng nạp của tụ đối với một tụ điện khác tương đương còn hoạt động tốt. Bạn tiến hành chỉnh thang đo đồng hồ ở thang x1Ω – x100Ω, sau đó đặt 2 vào 2 chân của tụ để so sánh độ phóng nạp. Thực hiện đo nhiều lần thì sẽ có kết quả chính xác và khách quan hơn.

Nếu kết quả đo độ phóng nạp của hai tụ là như nhau thì tụ đang hoạt động tốt, ngược lại nếu kết quả do cho thấy độ phóng nạp của tụ kém thì có nghĩa là tụ đã bị khô và hoạt động kém. Nếu kim đồng hồ đã lên mà không trở về vị trí cũ thì chứng tỏ tụ đã bị rò điện.

Tụ giấy

Để đo tụ giấy thì bạn cần tiến hành điều chỉnh đồng hồ vạn năng ở vị trí thành đo là x1KΩ hoặc x10KΩ. Sau đó cũng đặt hai que dò vào hai chân của tụ cần kiểm tra, nếu thấy kim của đồng hồ phóng lên một chút rồi trở về vị trí cũ thì có nghĩa là tụ đang hoạt động ổn định và còn tốt.

Trong trường hợp kim của đồng hồ phóng lên lưng chừng mà không trở về vị trí ban đầu thì có nghĩa là tụ đã bị rò. Trong trường hợp tụ sẽ rơi vào tình trạng chập cháy, đánh thủng thì kim sẽ di chuyển đến 0Ω và không trở lại vị trí ban đầu.

Ứng dụng của tụ điện trong thực tế

Trong thực tế thì tụ điện được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, sau đây là một số ứng dụng nổi bật mà bạn có thể tham khảo nhé.

• Ứng dụng phổ biến trong kỹ thuật điện tử và kỹ thuật điện
• Trong hệ thống xe hơi, được ứng dụng để lưu trữ năng lượng cho bộ khuếch đại được sử dụng.
• Thêm vào đó, tụ điện còn được ứng dụng để xây dựng bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử.
• Một ứng dụng phổ biến nhất đó là ứng dụng trong ngành cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng.
• Ứng dụng phổ biến trong lĩnh vực chế tạo đặc biệt là trong quân sự, vũ khí hạt nhân, thí nghiệm vật lý, máy phát điện.
• Sử dụng trong khởi động động cơ, xử lý tín hiệu, mạch điều chỉnh,…

Với những thông tin được nêu trên ta có thể thấy rằng, tụ điện có vai trò rất quan trọng trong hệ thống điện. Bạn có thể tìm hiểu thêm các loại thiết bị điện được nhiều người dùng sử dụng cho hệ thống điện trong ngôi nhà của mình qua bài viết sau nhé: [Top 7] Thiết bị bảo vệ mạng điện phổ biến nhất hiện nay.

Từ bài viết trên, hy vọng với những thông tin có thể giúp bạn trả lời được câu hỏi tụ điện là gì? Với sự đa dạng về chủng loại, tụ điện được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, mang đến sự an toàn cho người dùng. Nếu bạn muốn trang bị cho ngôi nhà của mình những loại thiết bị để đảm bảo sự an toàn cho gia đình thì nhanh tay liên hệ cho công ty nhà thông minh AiSmartHome qua hotline 0396999918 sau nhé.