Chào bạn, đây là bài viết liên quan đến chủ đề “cấu tạo của tụ điện”, tiếp nối của chuỗi bài viết về “tụ điện”, một loại linh kiện điện tử cơ bản, nhưng đóng vai trò quan trọng, đối với sự phát triển của của lĩnh vực điện tử.

Như bạn đã biết tụ điện đã được sử dụng từ rất lâu về trước, thiết bị được xem là tụ điện đầu tiên, vô tình được phát minh bởi Ewald Georg von Kleist ở Pomerania, Đức vào năm 1745, sau này được gọi với cái tên là “bình leyden” (Leyden jar).

Kể từ thời điểm đó đến nay, đã có nhiều biến thể khác nhau của tụ điện được ra đời, giữa chúng có sự khác biệt về cấu tạo. Nếu bạn đang muốn tìm hiểu xem tụ điện được cấu tạo như thế nào, thì bài viết này sẽ cung cấp đến bạn những thông tin, mà bạn đang tìm kiếm.

Khái quát về tụ điện

Tụ điện (capacitor) là một linh kiện điện tử cơ bản, có mặt trong tất cả các bo mạch điện tử, và được sử dụng phổ biến trong nhiều loại thiết bị điện, và hệ thống điện công nghiệp.

Với chức năng chính là lưu trữ năng lượng, bằng cách nạp điện tích lên các tấm kim loại và giữ lại lượng điện đó trong tụ. Năng lượng này có thể được giữ lại cho đến khi cần thiết sẽ được giải phóng.

Ngoài ra còn một số chức năng quan trọng khác như: Tạo mạch thời gian, lọc tín hiệu, điều chỉnh tần số,…

Khả năng lưu trữ năng lượng của tụ điện, được thể hiện thông qua “điện dung” đơn vị đo là Farad.

Các thông số quan trọng của tụ điện

Điện dung (Capacitance): Đây là khả năng lưu trữ điện tích của tụ điện, được đo bằng đơn vị là farad (F). Giá trị của điện dung càng lớn, tụ có khả năng lưu trữ năng lượng càng cao.
Điện áp tối đa (Voltage Rating): Điện áp tối đa của tụ điện là giá trị điện áp có thể làm việc bình thường, nếu cấp vào tụ một nguồn điện có điện áp cao hơn ngưỡng này, tụ điện sẽ bị hỏng (thường gọi là bị đánh thủng). Điện áp đánh thủng được đo bằng đơn vị Volt (V).
Dung kháng của tụ điện: Dung kháng của tụ điện, đại diện cho mức độ cản trở dòng điện của tụ, khi làm việc trong một mạch điện. Về phương diện này tụ sẽ có chức năng gần giống với một điện trở, vì vậy dung kháng của tụ điện được đo bằng đơn vị ohm (Ω).

Công thức tính điện dung của tụ điện

Điện dung của một tụ điện được tính bằng công thức sau đây:

C = Q/V

Trong đó:

C là điện dung của tụ điện, tính bằng farad (F).
Q là điện tích được tích điện lên tụ điện, tính bằng coulomb (C).
V là điện áp giữa hai tấm dẫn điện của tụ, tính bằng volt (V).

Công thức trên cho biết rằng điện dung của tụ điện, là tỷ lệ giữa điện tích lưu trữ trên tụ và điện áp giữa đầu tụ điện. Nếu bạn biết giá trị điện tích và điện áp, bạn có thể tính điện dung của tụ.

3 loại tụ điện phổ biến

Ở thời điểm hiện tại có rất nhiều loại tụ điện, chưa vội tính đến số loại tụ điện đang được sử dụng, chỉ riêng cách thức phân loại thôi đã có nhiều các thức khác nhau để phân loại. Tùy theo mục đích sử dụng, tụ điện có thể được phân loại dựa trên chất điện môi, điện dung của tụ, khả năng điều chỉnh điện dung, cấu tạo của tụ điện,… Sau đây hãy cùng mình điểm qua 3 loại tụ điện thường, thấy trong các thiết bị điện.

Tụ điện gốm

Tụ điện gốm là loại tụ điện, có chất điện môi được là gốm, với hai hoặc nhiều lớp bản tụ kim loại được đặt song song nhau, tách biệt bởi các lớp chất điện môi (gốm) ở giữa.

Ưu điểm của các sản phẩm tụ gốm đó là chúng có giá thành thấp, Kích thước nhỏ gọn dễ dàng tích hợp trong các bảng mạch điện tử, độ bền cao và hoạt động ổn định.

Tuy nhiên tụ gốm cũng tồn tại một số hạn chế nhất định, tiêu biểu là khả năng lưu trữ năng lượng thấp hơn, so với tụ điện hóa.

Tụ gốm thường được chế tạo, dựa trên hai kiểu cấu tạo chính bao gồm: Kiểu tụ điện đĩa gốm, và kiểu tụ điện nhiều lớp.

Tụ điện điện phân (tụ điện hóa)

Tụ điện hóa trong nhiều trường hợp được gọi với cái tên “tụ điện điện phân”, là loại tụ điện sử dụng loại gel hoặc chất lỏng đặc biệt, kết hợp với các lớp giấy hoặc màng mỏng làm chất liệu điện môi. Đa số các tụ điện hóa đều có tính phân cực, điều này đòi hỏi khi lắp đặt tụ điện vào hệ thống cần tuân thủ đúng chiều được thiết kế.

Tụ điện phân cực có ưu điểm vượt trội về khả năng tích trữ được lượng lớn năng lượng, xong bù lại độ bền của chúng thấp hơn loại tụ gốm.

Tụ điện phim

Tụ sử dụng màng nhựa mỏng làm chất điện môi, tấm màng mỏng đóng vai trò là chất điện môi này, thường được làm bằng các loại vật liệu như polypropylene (PP), polyester (PET), polyethylene naphthalate (PEN), hoặc polycarbonate (PC).

Tụ điện phim, thường có kích thước lớn hơn so với một số loại tụ khác, điều này hạn chế tụ đối với những bảng mạch điện tử có kích thước nhỏ, cũng như lắp đặt tại những vị trí giới hạn về không gian.

Tụ điện phim được đánh giá cao bởi sự ổn định điện dung theo thời gian và tần số. Điều này làm cho chúng phù hợp, đối với các ứng dụng yêu cầu sự ổn định trong giá trị dung tích.

Cấu tạo của tụ điện

Bàn về cấu tạo của tụ điện, ta có thể khẳng định một điều là tất cả chúng đều có chung một nguyên lý cấu tạo, gồm hai bản tụ bằng kim loại được đặt đối diện và song song với nhau, giữa chúng hai bản tụ này được ngăn cách bởi vật liệu điện môi.

Dựa trên nguyên lý đó, về sau các loại tụ điện khác nhau được phát triển, và những biến thể có cấu tạo khác nhau được ra đời, để tối ưu hơn khả năng ứng dụng trong từng điều kiện làm việc cụ thể.

Sau đây hãy cùng mình điểm qua những kiểu cấu tạo của tụ điện.

Cấu tạo của tụ điện gốm

Cấu tạo của tụ điện đĩa gốm

Tụ điện đĩa gốm là loại tụ sử dụng gốm là vật liệu chất điện môi, chúng có đặc điểm hình dáng giống với một chiếc đĩa mỏng nên được gọi là tụ điện đĩa gốm.

Cấu tạo của tụ điện đĩa gồm những bộ phận chính sau:

Bản tụ: Gồm hai tấm kim loại mỏng có dạng hình tròn, được đặt đối diện và song song với nhau thông qua một lớp chất điện môi ở giữa, chúng được chế tạo từ kim loại có khả năng dẫn điện tốt, có thể là đồng, nhôm hoặc bạc.
Chất điện môi: Chúng ta hay gọi chất điện môi của tụ gốm là gốm, mà gốm một loại vật liệu được kết hợp từ nhiều thành phần khác nhau, trong thực tế tùy vào điều kiện làm việc, chất điện môi của tụ gốm được thêm vào một số thành phần đặc biệt. Một số ví dụ về loại chất điện môi của tụ gốm (CaZrO3, BaTiO3, MgTa2O6,…).
Chân tụ điện: Chân tụ là bộ phận được sử dụng để liên kết tụ điện với bản mạch hoặc hệ thống, thông qua những chân này, điện năng có thể di chuyển từ nguồn, đến bản tụ, và từ bản tụ đến tải tiêu thụ điện trong trạng thái giải phóng năng lượng.
Vỏ bảo vệ: Đối với những loại tụ điện gốm, có chất điện môi là những loại vật liệu có giá trị cao, hoặc được thiết kế trong điều kiện hóa chất, chúng thường được chế tạo thêm một lớp vỏ bọc bằng nhựa epoxy.

Cấu tạo của tụ điện gốm nhiều lớp

Tụ điện gốm nhiều lớp là một kiểu biến thể về thiết kế, với hai bản tụ điện được chia thành nhiều lớp, từ đó tăng được diện tích đối xứng giữa hai bên bản tụ, đồng thời kích thước tổng thể của tụ điện vẫn rất nhỏ. Tụ điện gốm nhiều lớp, còn được gọi là tụ điện dán bằng gốm. Tên gọi này xuất phát từ đặc điểm kích thước nhỏ gọn của tụ điện, chân tụ điện rất nhỏ, khi hàn vào mạch tụ điện được giống như được dán cố định vào bản mạch.

Cấu tạo của tụ điện gốm nhiều lớp bao gồm:

Bản tụ: Bao gồm nhiều tấm kim loại mỏng xếp chồng lên nhau, giữa chúng được ngăn cách bởi chất điện môi. Các tấm kim loại này được chia đều và liên kết với hai chân của tụ điện.
Chất điện môi: Chất điện môi của tụ điện gốm nhiều lớp, cũng vẫn là những chất giống với tụ đĩa gốm, tuy nhiên có sự khác biệt về hình dáng nó kết hợp thành một khối dạng hình hộp chữ nhật.
Bộ phận liên kết các bản tụ: Do phần bản tụ được hình thành từ nhiều lớp kim loại khác nhau, vì vậy chúng cần được liên kết lại, điều này được thực hiện thông qua bộ phận liên kết.
Chân tụ điện: Bộ phận này cho phép tụ điện liên kết với hệ thống ứng dụng, với tụ gốm nhiều lớp, chân tụ thường có kích thước rất ngắn.

Cấu tạo của tụ điện hóa

Cấu tạo của tụ điện hóa hay tụ điện điện phân, vẫn là kiểu cấu tạo cơ bản với hai bản tụ song song với nhau, được ngăn cách thông qua một lớp chất điện môi. Nhưng về cấu tạo chi tiết hai tấm kim loại của tụ hóa, được thiết kế dưới dạng biến thể là các tấm kim loại mỏng (nói đúng đúng hơn là hai dải kim loại), kết hợp với một lớp chất điện môi ở giữa, bên trong tụ thường chứa các dung dịch điện phân. Chúng tạo thành các lớp xếp chồng lên nhau và cuộn thành một cuộn hình trụ tròn.

Cấu tạo của tụ điện hóa bao gồm:

Bản tụ: Gồm hai bản kim loại, chúng thường được chế tạo từ nhôm hoặc tantalum, titan,… Bản tụ được dát mỏng.
Màng điện phân cực (chất điện môi): Điểm chính của tụ điện điện phân là lớp màng điện phân cực ở giữa hai điện cực. Màng này làm cách điện giữa hai điện cực. Màng điện phân cực thường được làm bằng các vật liệu như oxide nhôm (Al2O3) hoặc oxit titan (TiO2).
Nắp chặn bằng cao su: Chi tiết này có nhiệm vụ đóng kín tổng thể tụ, đồng thời chi tiết này có chức năng năng không cho dung dịch điện phân, từ bên trong tụ chảy ra bên ngoài.
Vỏ bọc: Bộ phận bảo vệ và liên kết các chi tiết cấu thành bên trong của tụ lại với nhau, vỏ của tụ điện thường được chế tạo từ một lớp vỏ nhôm, lớp ngoài cùng được chế tạo từ chất dẻo.
Chân của tụ điện: Chân tụ điện được kết nối trực tiếp với hai tấm kim loại, chân tụ dài hơn thường là chân có điện cực dương, chân tụ điện ngắn hơn là điện cực âm.

Cấu tạo của tụ điện phim

Tụ điện phim, còn gọi là film capacitor, là một loại tụ điện gồm hai bản tụ mỏng, ngăn cách thông qua một màng điện môi.

Dưới đây là cấu tạo của tụ điện phim:

Màng điện môi (Dielectric Film): Màng điện là thành phần chính của tụ điện phim và thường được làm từ một chất điện cách điện như polyethylene terephthalate (PET), polypropylene, polyester hoặc polycarbonate. Chất này có khả năng cách điện tốt và đặc trưng quyết định hiệu suất và điện dung của tụ.
Điện cực: Tụ điện phim có hai điện cực, một là điện cực dương và một là điện cực âm. Điện cực này thường được làm từ một lớp kim loại dẫn điện tốt như nhôm (Al) hoặc kẽm (Zn). Một mặt của màng điện cách điện được phủ một lớp màng kim loại như bạc (Ag) hoặc nhôm để tạo điểm tiếp xúc với điện cực.
Chân tụ điện: Dây dẫn điện được gắn vào các điện cực để kết nối tụ với mạch điện. Các dây dẫn này thường được làm từ đồng (Cu) hoặc nhôm (Al) và được liên kết chặt với điện cực.
Vỏ bọc: Tụ điện phim thường được bọc bên ngoài bằng một lớp vật liệu cách điện và có độ bền, để bảo vệ tụ khỏi môi trường bên ngoài và đảm bảo an toàn. Lớp vỏ này có thể là nhựa epoxy, nhựa polypropylene, hoặc các vật liệu tương tự.

Kết luận

Trong bài viết này, chúng ta đã xem xét cấu tạo của tụ điện, một thành phần quan trọng trong nhiều ứng dụng điện tử, giúp lưu trữ và cung cấp năng lượng điện. Dựa vào loại tụ và mục đích sử dụng cụ thể, cấu tạo có thể có sự biến đổi, nhưng nguyên tắc hoạt động chung vẫn giữ nguyên.

Tìm hiểu về cấu tạo của tụ điện, từ nguyên lý cấu tạo cơ bản, đến cấu tạo chi tiết của một số loại tụ điện thông dụng.

Cấu tạo của tụ điện bao gồm hai điện cực, một lớp chất điện môi, giữa chúng và chân nối dẫn điện, để kết nối tụ với mạch điện. Điện cực có thể làm bằng kim loại dẫn điện tốt như nhôm hoặc kẽm, trong khi chất điện môi thường làm từ các chất liệu cách điện, như polyester, gồm, giấy,… Chất điện môi là yếu tố chính quyết định điện dung và hiệu suất tụ điện.

Ngoài ra, tụ điện có thể được bọc bên ngoài bằng lớp vỏ cách điện hoặc bảo vệ để đảm bảo an toàn và bảo vệ khỏi môi trường bên ngoài.

Mọi ý kiến đóng góp và thắc của bạn đọc, có thể trao đổi trực tiếp với chúng tôi, hoặc để lại trong phần bình luận ngay bên dưới bài viết. Chúng tôi rất vui nếu bài viết này có thể cung cấp đến bạn những thông tin hữu ích, Xin cảm ơn!