Báo cáo nhóm 1 học phần vật lý i tụ điện

Hướng phát triển của đề tài...15 Trang 3 LỜI NÓI ĐẦU Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN

─────── * ────────

BÁO CÁO NHÓM 1 HỌC PHẦN: VẬT LÝ I

TỤ ĐIỆN

Sinh viên thực hiện : Lê Trung Tín

Lê Thế Tính Hoàng Đình Tiến

Nguyễn Trần Nguyên Thu Ngô Đức Thông

Lớp - Khóa : 2023DHDKTD03

Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Văn Thiện

Hà Nam,tháng 1 năm 2024

Mục lục

LỜI NÓI ĐẦU 2

Bảng phân công công việc 3

I CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TÁC DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN 4

1 Tổng quát tụ điện 4

2 Cấu tạo của các loại tụ điện 5

3 Các loại tụ điện 6

4 Nguyên lý hoạt động,tác dụng của tụ điện 7

5 Ứng dụng của tụ điện trong thực tế 8

II CÁCH TÍNH ĐIỆN DUNG, CÁCH ĐỌC THÔNG SỐ TỤ ĐIỆN 9

1 Cách tính điện dung 9

2 Cách đọc thông số tụ điện 9

III KẾT QUẢ&KẾT LUẬN 15

1 Kết quả đạt được 15

2 Hướng phát triển của đề tài 15

IV TÀI LIỆU THAM KHẢO 16

LỜI NÓI ĐẦU

Tụ điện là linh kiện điện tử thụ động quan trọng được ứng dụng rộng rãi trong các mạch lọc, mạch dao động và mạch truyền dẫn tín hiệu xoay chiều Đây là linh kiện phổ biến mà chắc chắn ai cũng đã được nghe ở đâu đó Chẳng hạn như môn học vật lý hay cuộc sống hằng ngày Đặc biệt là trong lĩnh vực điện tử,cơ khí, máy móc tụ điện là một linh kiện phổ biến và quan trọng Yêu cầu các sinh viên, học viên khối ngành kĩ thuật có

sự chuẩn bị, tìm hiểu để phục vụ cho lĩnh vực học tập nghiên cứu

Bản báo cáo được nhóm thực hiện sẽ cung cấp những thông tin kiến thức cơ bản về tụ điện như: cấu tạo, tác dụng của tụ điện trong mạch điện, các loại tụ điện, cũng như cung cấp thông tin và kĩ năng trong việc tính điện dung của tụ điện cầu và tụ phẳng,cách xác định các thông số của tụ điện, Phục vụ cho mục đích học tập nghiên cứu thông qua bài tập cùng thực nghiệm của sinh viên sau này

Bản báo cáo được các thành viên cũng nhau thực hiện và hoàn thiện, các kiến thức được tìm kiếm và thu thập thông qua các nguồn trên internet, nếu trong quá trình xem xét chấm điểm, trình bày có phần nhầm lẫn, sai sót, rất mong được mọi người bỏ qua.Nhóm xin chân thành cảm ơn!

Bảng phân công công việc

Tên thành viên Công việc Thời gian

hoàn thành

Mức độ hoàn thành

Lê Trung Tín Viết báo cáo

Nguyễn Trần Nguyên

Thu

Chuẩn bị nội dung

Lê Thế Tính Chuẩn bị nội

dung Hoàng Đình Tiến Làm PowerPoint

Ngô Đức Thông Làm PowerPoint

I CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG TÁC DỤNG CỦA TỤ ĐIỆN

1 Tổng quát tụ điện

 Tụ điện có tên gọi tiếng anh là Capacitor và được viết tắt là chữ "C"

 Tụ điện là một linh kiện có 2 cực thụ động lưu trữ năng lượng điện hay tích

tụ điện tích bởi 2 bề mặt dẫn điện trong một điện trường

 2 bề mặt dẫn điện của tụ điện được ngăn cách bởi điện môi (dielectric) - là những chất không dẫn điện như giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica

 Có nhiều loại tụ điện khác nhau và nó được phân loại dựa trên cấu tạo của

tụ điện

 Khi 2 bề mặt có sự chênh lệch về điện thế, nó cho phép dòng điện xoay chiều đi qua Các bề mặt sẽ có điện tích cùng điện lượng nhưng trái dấu

 Người ta coi tụ điện là một ắc qui mini bởi khả năng lưu trữ năng lượng điện Tuy nhiên, cấu tạo của tụ điện cũng như nguyên lý làm việc của tụ điện với ắc qui hoàn toàn khách nhau Hãy xem chi tiết điều này ở phần tiếp theo

 Đơn vị của tụ điện là Fara

 Kí hiệu của tụ điện trong mạch điện

2 Cấu tạo của các loại tụ điện

Cấu tạo của tụ điện bao gồm ít nhất hai dây dẫn điện thường dưới dạng tấm kim loại Hai bản cực được đặt song song được ngăn cách ở giữa một lớp cách điện là điện môi

Được biết, điện môi được sử dụng trong tụ điện phải là các chất không dẫn điện Ví dụ như thủy tinh, giấy tẩm hóa chất, mica, màng nhựa, không khí,… Nhờ tính không dẫn điện mà tụ điện có thể tăng khả năng tích trực điện năng tối đa

Hình 1 Cấu tạo chi tiết tụ điện

Dây dẫn của tụ điện có thể sử dụng là giấy bạc, màng mỏng, Các loại dây dẫn nối với tụ điện thường được đặt trong máng cáp mạ kẽm điện phân

Vị trí này sẽ giúp bảo vệ hệ thống điện Đồng thời mang lại khả năng an toàn, tiết kiệm không gian và tăng tính thẩm mỹ Nếu cần sửa chữa bảo trì cũng dễ dàng, thuận tiện hơn rất nhiều

Điện môi sử dụng cho tụ điện là các chất không dẫn điện gồm thủy tinh, giấy, giấy tẩm hoá chất, gốm, mica, màng nhựa hoặc không khí Các điện môi này không dẫn điện nhằm tăng khả năng tích trữ năng lượng điện của

tụ điện

3 Các loại tụ điện

 Tụ hóa: Là loại tụ có hình trụ và được phân cực âm (-), dương (+) Bạn

sẽ xem được giá trị điện dung trên thân tụ Loại tụ này thường có điện dung từ 0,47 µF cho đến 4700 µF

 Tụ gốm, tụ giấy và tụ mica: Là loại tụ có hình dẹt, không phân cực âm dương Các trị số của tụ được ký hiệu trên thân bằng 3 số Loại tụ này

có chỉ số điện dung khá nhỏ và chỉ khoảng 0,47 µF

 Tụ xoay: Đây là loại tụ có cấu tạo khá đặc biệt Chính vì thế, nó có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung

 Tụ Lithium ion: Loại tụ này có năng lượng rất lớn và thường dùng để tích điện 1 chiều

Hình 2 Tụ điện có đa dạng cấu tạo, nên tùy từng tình huống có thể dùng cho phù hợp với máy móc

4 Nguyên lý hoạt động,tác dụng của tụ điện

a) Nguyên lý

 Nguyên lý phóng nạp của tụ điện được hiểu là khả năng tích trữ năng lượng điện như một ắc qui nhỏ dưới dạng năng lượng điện trường Nó lưu trữ hiệu quả các electron và phóng ra các điện tích này để tạo ra dòng điện Nhưng nó không có khả năng sinh ra các điện tích electron Đây cũng là điểm khác biệt lớn của tụ điện với ắc qui

 Nguyên lý nạp xả của tụ điện là tính chất đặc trưng và cũng là điều

cơ bản trong nguyên lý làm việc của tụ điện Nhờ tính chất này mà

tụ điện có khả năng dẫn điện xoay chiều

 Nếu điện áp của hai bản mạch không thay đổi đột ngột mà biến thiên theo thời gian mà ta cắm nạp hoặc xả tụ rất dễ gây ra hiện tượng nổ

có tia lửa điện do dòng điện tăng vọt Đây là nguyên lý nạp xả của tụ điện khá phổ biến

b) Tác dụng

 Tác dụng của tụ điện được biết đến nhiều nhất là khả năng lưu trữ năng lượng điện, lưu trữ điện tích hiệu quả Nó được so sánh với khả năng lưu trữ như ắc qui Tuy nhiên, ưu điểm lớn của tụ điện là lưu trữ mà không làm tiêu hao năng lượng điện

 Ngoài ra, công dụng tụ điện còn cho phép điện áp xoay chiều đi qua, giúp tụ điện có thể dẫn điện như một điện trở đa năng Đặc biệt khi tần số điện xoay chiều (điện dung của tụ càng lớn) thì dung kháng càng nhỏ

 Do nguyên lý hoạt động của tụ điện là khả năng nạp xả thông minh, ngăn điện áp 1 chiều, cho điện áp xoay chiều lưu thông giúp truyền

tí hiệu giữa các tầng khuyếch đại có chênh lệch điện thế

 Tụ điện còn có vai trò lọc điện áp xoay chiều thành điện áp 1 chiều bằng phẳng bằng cách loại bỏ pha âm

5 Ứng dụng của tụ điện trong thực tế

 Tụ điện dùng để làm gì? Với những công dụng tụ điện trên đây, người ta

có thể ứng dụng tụ điện vào thực tế:

 Ứng dụng của tụ điện được sử dụng phổ biến trong kỹ thuật điện và điện tử

 Ứng dụng trong hệ thống âm thanh xe hơi bởi tụ điện lưu trữ năng lượng cho bộ khuyếch đại được sử dụng

 Tụ điện có thể để xây dựng các bộ nhớ kỹ thuật số động cho các máy tính nhị phân sử dụng các ống điện tử

 Trong các chế tạo đặc biệt về vấn đề quân sự, ứng dụng của tụ điện dùng trong các máy phát điện, thí nghiệm vật lý, radar,

 Ứng dụng của tụ điện trong thực tế lớn nhất là việc áp dụng thành công nguồn cung cấp năng lượng, tích trữ năng lượng

 và nhiều hơn nữa những tác dụng của tụ điện như xử lý tín hiệu, khởi động động cơ, mạch điều chỉnh,

Hiện nay, hầu hết các sản phẩm bếp từ đều được trang bị một tụ điện Nó không chỉ là một trong năm linh kiện quan trọng nhất trong mỗi thiết bị điện từ Mà còn là linh kiện quan trọng bậc nhất trong bo mạch của bếp từ

II CÁCH TÍNH ĐIỆN DUNG, CÁCH ĐỌC THÔNG SỐ TỤ ĐIỆN

1 Cách tính điện dung

Tụ điện cầu

Trong đó

 R1 là bán kính mặt cầu bên trong

 R2 là bán kính mặt cầu bên ngoài

Tụ điện phẳng

Trong đó:

 S: Diện tích đối diện giữa 2 bản ( )

 d: Khoảng cách hai bản tụ (m)

  ε: Hằng số điện môi của môi trường giữa hai bản tụ

2 Cách đọc thông số tụ điện

Cách đọc tụ điện lớn

Đọc giá trị tụ điện lớn dựa vào ký hiệu và đơn vị trên tụ Đọc giá trị tụ điện sẽ dựa vào ký hiệu trên tụ điện Ký hiệu trên tụ điện sẽ bao gồm con số và đơn vị đo lường

Hướng dẫn đọc đơn vị đo lường Đơn vị của tụ điện là Farad (ký hiệu F) Ngoài ra, đối với giá trị điện dung nhỏ hơn sẽ được ký hiệu là MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF)

Cách quy đổi như sau:

1 Fara = 1.000.000 µ Fara = 1.000.000.000 n F = 1.000.000.000.000 p F

1 µ Fara = 1.000 n Fara

1 n Fara = 1.000 p Fara

Công thức quy đổi khác

1 µF, uF (microfarad) = 10^-6 farad.

1 mF (millifarads) = 10^-3 farad

1 nF ( nanofarad) = 10^-9 farad

1 pF, mmF hoặc uuF = 1 picofarad = 10^-12 farad

Cách đọc trị số của tụ điện

Cách đọc tụ điện cũng chính là đọc giá trị điện dung được ghi trên tụ Hiện nay, đa số các tụ điện sẽ đều có ký hiệu giá trị trên mặt

Những loại tụ điện lớn sẽ ký hiệu là Farrad, tụ nhỏ sẽ ghi là MicroFara (µF) , NanoFara (nF), PicoFara (pF) Khi đọc tụ điện bạn lưu ý

Bạn không cần quan tâm đến hững chữ cái viết hoa ở đơn vị Ví dụ:

“MF” sẽ là ký hiệu của millifarad “mf”, dây không phải là megafarad, dù chữ cái viết tắt của SI

Một ví dụ khác, chữ “fd” cũng được dùng để ký hiệu farad Tương tự như “mmfd” cũng tương ứng với “mmf”

Bạn cần chú ý với những ký hiệu có 1 chữ cái như “564m” sẽ được dùng cho các loại tụ điện nhỏ

Đọc giá trị tụ điện với dung sai

Tụ điện sẽ thường được ghi giá trị dung sai hay giá trị dự kiến của điện dung với giá trị được ghi Ví dụ trên tụ được ghi là 6000uF +50%/-70% sẽ

có nghĩa tụ này có điện dung cao tới 6000uF + (6000 * 0.5) = 9000uF, hoặc thấp tới 6000 uF – (6000uF * 0.7) = 1800uF

Kiểm tra giá trị điện áp của tụ

Khi đọc trị số tụ điện, bạn cũng sẽ thấy giá trị điện áp được ghi trên linh kiện Khi đó, cách đọc giá trị tụ điện có điện áp cũng rất đơn giản Bạn chỉ cần quan sát trên tụ có đơn vị điện áp được ký hiệu như V, VDC, VDCW, WV Đây sẽ là loại điện áp tối đa mà tụ có thể hoạt động được Trong đó:

1 kV = 1.000 vôn

2E = 250 vôn

Nếu tụ không có giá trị điện áp, bạn chỉ cần dùng với những mạch điện

áp thấp

Với các tụ dùng cho mạch xoay chiều sẽ có ký hiệu là VAC Bạn sẽ không nên dùng loại tụ 1 chiều nếu không có kiến thức về cách chuyển đổi điệp áp Khi đó, iệc dùng tụ điện xoay chiều sẽ an toàn nhất cho mạch xoay chiều

Cách đọc tụ điện với dấu “+” hoặc “-”

Thêm một cách đọc thông số tụ điện khi ở chân có ký hiệu dấu +, - Đây

là ký hiệu phân cực của tụ điện

Khi đó, bạn chỉ cần kết nối chân “=” của tụ với đầu dương của mạch, tương tự với chân “-”

Cách đọc tụ điện nhỏ

Ngoài việc tìm hiểu cách đọc giá trị tụ điện lớn, bạn cũng cần biết cách đọc chỉ số tụ điện nhỏ Nguyên nhân bởi tụ điện nhỏ sẽ khó đọc hơn do kích thước bé nên sẽ không ký hiệu đầy đủ các giá trị của tụ Do vậy, bạn cần chú ý đọc trị số tụ điện nhỏ đúng cách

Ghi hai chữ số đầu tiên của giá trị điện dung

Giá trị tụ điện nhỏ được ghi theo mã tiêu chuẩn EIA Đầu tiên, bạn cần ghi lại hai chữ số đầu tiên, tiếp đo vạn sẽ dựa theo đoạn mã tiếp theo để đọc điện dung

Nếu mã bắt đầu bằng hai chữ số và 1 chữ cái thì hai chữ số chính là giá trị điện dung của tụ điện Bạn bỏ qua để tìm đơn vị

Nếu trong hai ký tự đầu có 1 chữ cái, bạn chỉ cần bỏ qua và xuống hệ thống chữ cái

Trong ba ký tự đầu tiên là số sẽ thực hiện bước tiếp theo

Đọc tụ điện nhỏ bắt đầu với hai chữ số đầu tiên

Dùng chữ số thứ ba để làm số lũy thừa của 10

Bạn có thể thực hiện tính giá trị điện dung với ba chứ số như sau:

Chữ số thứ 3 là từ 0 – 6: Số bao nhiêu thì thêm bấy nhiêu chữ số 0 vào 2

số đầu Ví dụ: 253 => 25 x 10^3 = 25.000

Chữ số thứ ba là 8: bạn nhân với 0,01 Ví dụ: 278 => 27 x 0,01 = 0,27

Nếu chữ số thứ ba là 9: nhân với 0,1 ( VD: 209 => 20 x 0,1 = 2,0)

Hướng dẫn cách tính mã điện dung có 3 chữ số

Đầu tiên, bạn sẽ cần biết được đơn vị điện dung để đọc tụ Các tụ điện nhỏ như gốm, phim… sẽ thường có đơn vị là picofarad (pF) Trong đó: 1

pF = 10^-12 farad

Cách tính mã điện dung có ba chữ số

Các tụ điện lớn hơn như loại điện phân nhôm hình trụ hoặc hai lớp thường dùng đơn vị sẽ là là microfara (uF hoặc µF) Trong đó: 1 uF= 10^-6 farad

Tụ điện có thể có một đơn vị sau nó như chữ p (picofarad), n

(nanofarad), hoặc u (microfarad)

Đọc mã có chứa chữ cái

Với trường hợp mã tụ điện có chữ cái là một trong hai ký tự đầu sẽ có 3 khả năng xảy ra

Khi là chữ R: Đây là chữ cái để thay thế dấu thập phân với điện dung trong pF Ví dụ: mã 5R1 sẽ có nghĩa là 5.1pF

Khi là các chữ như u, n hoặc p: sẽ là đơn vị điện dung thay thế cho dấu thập phân Ví dụ: n51 là 0,51 nF; 6u2 là 6,2 uF

Với mã ghi “1A53”: sẽ là ký hiệu của 2 mã: 1A là điện áp, 253 là điện dung

Cách đọc tụ điện gốm

Cách đọc trị số điện dung của tụ gốm

Cách đọc trị số điện dung của tụ gốm rất đơn giản với hai chân Tụ gốm thường có ký hiệu 3 chữ số và 1 chữ cái Trong đó, chữ cái có nghĩa là dung sai của tụ điện để xác định được khoảng giá trị điện dung của tụ

Cách đọc tụ điện gốm

Cách đọc tụ điện gốm như sau:

B = ± 0,1 pF

C = ± 0,25 pF

D = ± 0,5 pF cho các tụ điện dưới 10 pF, hoặc ± 0,5% cho các tụ điện trên

10 pF

F = ± 1 pF hoặc ± 1%

G = ± 2 pF hoặc ± 2%

J = ± 5%

K = ± 10%

M = ± 20%

Z = + 80% / -20%

Trong trường hợp không có dung sai là chữ cái được ghi trên tụ thì đây

có thể là trường hợp xấu nhất

Đây cũng là cách đọc trị số tụ điện dán, cách đọc trị số điện trở tụ điện cuộn cảm Bạn có thể thực hiện tương tự

Hướng dẫn đọc dung sai theo số – chữ cái – số

Đối với những tụ điện được ghi theo dạng số – chữ cái – số Bạn có thể tham khảo cách đọc số liệu tụ điện như sau:

Ký hiệu đầu tiên: thể hiện nhiệt độ tối thiểu Trong đó, Z = 10ºC, Y = -30ºC, X = -55ºC

Ký hiệu thứ hai: thể hiện nhiệt độ tối đa Trong đó, 2 = 45ºC, 4 = 65ºC, 5

= 85ºC, 6=105ºC, 7 = 125ºC

Ký hiệu thứ ba: có nghĩa điện tích dung trong phạm vị nhiệt độ Khoảng dao động chính xác từ A = ± 1.0%, đến độ chính xác thấp nhất của tụ là V

= +22.0% / – 82% R là một trong những ký hiệu phổ biến với R= ± 15%

Mã điện áp phổ biến trên các tụ

Bạn có thể tham khảo những mã phổ biến về điện áp tối đa được ghi trên các tụ điện một chiều

Đọc mã có chứa chữ cái

Với trường hợp mã tụ điện có chữ cái là một trong hai ký tự đầu sẽ có 3 khả năng xảy ra

Khi là chữ R: Đây là chữ cái để thay thế dấu thập phân với điện dung trong pF Ví dụ: mã 5R1 sẽ có nghĩa là 5.1pF

Khi là các chữ như u, n hoặc p: sẽ là đơn vị điện dung thay thế cho dấu thập phân Ví dụ: n51 là 0,51 nF; 6u2 là 6,2 uF

Với mã ghi “1A53”: sẽ là ký hiệu của 2 mã: 1A là điện áp, 253 là điện dung

III.KẾT QUẢ&KẾT LUẬN

1 Kết quả đạt được

a) Kiến thức:

- Nắm được vai trò, kiến thức, tác dụng, của tụ điện

- Quan sát được cấu tạo, trình bày được kí hiệu, số liệu kĩ thuật và công dụng của các linh kiện điện tử: điện trở, tụ điện, cuộn cảm

- Đọc được các số liệu kĩ thuật

- Biết cách tính điện dung của tụ điện b) Kĩ năng:

- Nắm được những kỹ năng cơ bản trong việc nhận dạng, phân biệt các loại linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm

- Có thể tính toán hiểu được cách tính điện dung tụ điện, trong các bài tập, hoặc trong bài tập thực hành

- Có kĩ năng làm việc nhóm bao gồm viết báo cáo, làm PowerPoint, lấy thông tin,

2 Hướng phát triển của đề tài

Tụ điện là một linh kiện điện tử quan trọng và phổ biến trong lĩnh vực kĩ thuật, bản báo cáo chỉ là một phần nhỏ những kiến thức về thiết bị, ta có thể đi sâu tìm hiểu thêm về từng loại tụ điện, về nhiều ứng dụng, cách chế tạo và vai trò trong các thiết bị của tụ điện, Ngoài tụ điện ra có rất nhiều linh kiện điện tử khác ta có thể tìm hiểu trong quá trình học tập và thực hành