Cuộn cảm là gì?

    Khái niệm

    Cuộn cảm là một linh kiện cơ bản trong điện tử, nhưng nó xuất hiện trong các mạch điện tử với tần số thấp hơn điện trở và tụ điện. Tuy không phải là một thành phần quen thuộc trong mạch điện tử nhưng nó lại là một thành phần cực kỳ rắc rối trong mạch.

     Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động dùng để chứa từ trường. Cuộn cảm được cấu tạo bởi một cuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng, lõi cuộn dây có thể là không khí hoặc là vật liệu dẫn từ hay lõi thép kỹ thuật.

     Ký hiệu

 

Ký hiệu của cuộn cảm trong các mạch điện

     Công dụng

     Trong điện tử, cuộn cảm thường dùng để:

             Dẫn dòng điện môt chiều.

             Chặn dòng điện cao tần.

            Ghép nối tiếp hoặc song song với tụ để thành mạch cộng hưởng.

Phân loại

     Tùy theo cấu tao và phạm vi sử dụng, cuộn cảm được phân loại:

      -         Cuộn cảm cao tần.  

      -         Cuộn cảm âm tần.

      -         Cuộn cảm trung tần.

Thông số kỹ thuật cơ bản

   Hệ số tự cảm ( định luật Faraday)

   Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua.

   L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l

           L : là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (H)

           n : là số vòng dây của cuộn dây.

           l : là chiều dài của cuộn dây tính bằng mét (m)

          S : là tiết diện của lõi, tính bằng m²

          µr : là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi .

 Cảm kháng

     Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều .

Z_L = 2.3,14.f.L

 Trong đó : 

                  ZL:  là cảm kháng, đơn vị là Ω

                  f :    là tần số đơn vị là Hz

                  L :   là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry

        Điện trở thuần của cuộn dây

         Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất tốt thì điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần còn gọi là điện trở tổn hao vì chính điện trở này sinh ra nhiệt khi cuộn dây hoạt động.

       Tính chất nạp , xả của cuộn cảm

      Cuộn dây nạp năng lương : Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức

W = L.I² / 2

        - W : năng lượng ( June )

        - L : hệ số tự cảm ( H )

        - I  : dòng điện.

(Nguồn: http://robocon.vn)

      Tụ điện là gì? Cấu tạo, mạch điện ứng dụng

       Tụ điện là một linh kiện điện tử thụ động rất phổ biến, được cấu tạo bới hai bản cực đặt song song, có tính chất cách điện 1 chiều nhưng cho dòng điện xoay chiều đi qua nhờ nguyên lý phóng nạp.

      Cấu tạo của tụ điện: bên trong tụ điện là 2 bản cực kim loại được đặt cách điện với nhau, môi trường giữa 2 bản tụ này được gọi là điện môi (môi trường không dẫn điện). Điện môi có thể là: không khí, giấy, mica, dầu nhờn, nhựa, cao su, gốm, thuỷ tinh... Tùy theo lớp cách điện ở giữa hai bản cực là gì thì tụ có tên gọi tương ứng.

       Đặc tính cơ bản:

       Tụ điện có khả năng tích trữ năng lượng dưới dạng năng lượng điện trường bằng cách lưu trữ các electron, nó cũng có thể phóng ra các điện tích này để tạo thanh dòng điện.

Đây chính là tính chất phóng nạp của tụ, nhờ có tính chất này mà tụ có khả năng dẫn điện xoay chiều.

      Ký hiệu: Tụ điện có ký hiệu là C

Ký hiệu của tụ điện trong mạch điện

      Đơn vị của tụ điện:

      Đơn vị của tụ điện là Fara, 1 Fara có trị số rất lớn và trong thực tế người ta thường dùng các đơn vị nhỏ hơn như:

      1F=10^-6MicroFara = 10^-9 Nano Fara = 10^-12 Pico Fara

      Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện:

      Tụ hóa: Giá trị điện dung của tụ hóa được ghi trực tiếp trên thân tụ. Tụ hóa là tụ có phân cực (-), (+) và luôn có hình trụ.

 

Tụ hóa 1000uF 25V

      Tụ giấy và tụ gốm: trị số được ký hiệu trên thân bằng ba số.

      Cách đọc : Lấy hai chữ số đầu nhân với 10(Mũ số thứ 3 )

 

      Ví dụ: tụ gốm ghi 102 nghĩa là
       Giá trị = 10 x 10² = 1000p ( Lấy đơn vị là picô Fara

      Chữ K hoặc J ở cuối là chỉ sai số 5% hay 10% của tụ điện.

      Giá trị điện áp trên thân tụ:

      Ta thấy rằng bất kể tụ điện nào cũng được ghi trị số điện áp ngay sau giá trị điện dung, đây chính là giá trị điện áp cực đại mà tụ chịu được, quá điện áp này tụ sẽ bị nổ.

      Khi lắp tụ vào trong một mạch điện có điện áp là U thì bao giờ người ta cũng lắp tụ điện có giá trị điện áp Max cao gấp khoảng 1,4 lần.

      Ví dụ mạch 12V phải lắp tụ 16V, mạch 24V phải lắp tụ 35V. vv

      Phân loại tụ điện:

       Tụ giấy, Tụ gốm, Tụ mica. (Tụ không phân cực ): Các loại tụ này không phân biệt âm dương và thường có điện dung nhỏ từ 0,47 µF trở xuống, các tụ này thường được sử dụng trong các mạch điện có tần số cao hoặc mạch lọc nhiễu.

 

Các loại tụ không phân cực

       Tụ hoá ( Tụ có phân cực ): Tụ hoá là tụ có phân cực âm dương , tụ hoá có trị số lớn hơn và giá trị từ 0,47µF đến khoảng 4.700 µF , tụ hoá thường được sử dụng trong các mạch có tần số thấp hoặc dùng để lọc nguồn, tụ hoá luôn luôn có hình trụ..

 

Các loại tụ hóa phân cực

       Tụ xoay : Tụ xoay là tụ có thể xoay để thay đổi giá trị điện dung, tụ này thường được lắp trong Radio để thay đổi tần số cộng hưởng khi ta dò đài.

Các loại tụ xoay

      Phương pháp kiểm tra tụ điện

      Đo kiểm tra tụ giấy và tụ gốm

      Tụ giấy và tụ gốm thường hỏng ở dạng bị dò rỉ hoặc bị chập, để phát hiện tụ dò rỉ hoặc bị chập ta làm như sau:  Khi đo kiểm tra tụ giấy hoặc tụ gốm ta phải để đồng hồ ở thang x1KΩ hoặc x10KΩ, và phải đảo chiều kim đồng hồ vài lần khi đo.

      Khi đo tụ tụ tốt: kim phóng lên 1 chút rồi trở về vị trí cũ. ( Lưu ý các tụ nhỏ quá < 1nF thì kim sẽ không phóng nạp).

      Khi đo tụ tụ bị dò ta thấy kim lên lưng chừng thang đo và dừng lại không trở về vị trí cũ.

      Khi đo tụ tụ bị chập ta thấy kim lên = 0 Ω và không trở về.

      Đo kiểm tra tụ hoá

      Tụ hoá ít khi bị dò hay bị chập như tụ giấy, nhưng chúng lại hay hỏng ở dạng bị khô ( khô hoá chất bên trong lớp điện môi) làm điện dung của tụ bị giảm , để kiểm tra tụ hoá, ta thường so sánh độ phóng nạp của tụ với một tụ còn tốt có cùng điện dung.

      Để kiểm tra tụ hoá C2 có trị số 100µF có bị giảm điện dung hay không, ta dùng tụ C1 còn mới có cùng điện dung và đo so sánh.

      Để đồng hồ ở thang từ x1Ω đến x100Ω ( điện dung càng lớn thì để thang càng thấp).

      Đo vào hai tụ và so sánh độ phóng nạp , khi đo ta đảo chiều que đo vài lần.

      Nếu hai tụ phóng nạp bằng nhau là tụ cần kiểm tra còn tốt, ở trên ta thấy tụ C2 phóng nạp kém hơn do đó tụ C2 ở trên đã bị khô.

      Trường hợp kim lên mà không trở về là tụ bị dò.

      Chú ý: Nếu kiểm tra tụ điện trực tiếp ở trên mạch , ta cần phải hút rỗng một chân tụ khỏi mạch in.

(Nguồn: http://robocon.vn)

 Điện trở là gì? Khái niệm, cấu tạo, phân loại.

      Linh kiện điện tử là các phần tử rời rạc cơ bản có những tính năng xác định được dùng cho ghép nối thành mạch điện hay thiết bị điện tử. Để tạo nên một mạch điện hay thiết bị điện tử  chúng ta phải sử dụng rất nhiều các linh kiện điện tử, từ những linh kiện đơn giản như điện trở, tụ điện, cuộn dây… đến các linh kiện không thể thiếu được như đi ốt, tranzito,… và các linh kiện điện tử tổ hợp phức tạp.

      Phân loại linh kiện điện tử có thể có nhiều tiêu chí khác nhau. Song với ý nghĩa phục vụ cho phân tích mạch và khả năng mô hình hoá thành mạch tương đương để tính toán được các tham số mà mạch điện thiết kế ra có thể đạt được, thì sự phân loại theo tác động tới tín hiệu điện được quan niệm là hợp lý nhất.

            - Linh kiện chủ động là loại tác động phi tuyến lên nguồn nuôi AC/DC để cho ra nguồn tín hiệu mới, trong mạch tương đương thì biểu diễn bằng một máy phát tín hiệu, như diode, transistor.

            - Linh kiện bị động không cấp nguồn vào mạch, nói chung có quan hệ tuyến tính với điện áp, dòng, tần số, như điện trở, tụ điện, cuộn cảm, biến áp.

            - Linh kiện điện cơ tác động điện liên kết với cơ học, như thạch anh, rơle, công tắc,..

      Bây giờ, chúng ta sẽ tìm hiểu về linh kiện thụ động đầu tiền, đó chính là điện trở.

1.    Điện trở
1.1 Khái niệm
     Điện trở là gì ?

      Hiểu một cách đơn giản - Điện trở là sự cản trở dòng điện của một vật dẫn điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn.

1.2 Các thông số của điện trở 

Điện trở của dây dẫn :

     Giá trị điện trở đặc trưng cho khả năng cản trở dòng điện của điện trở. Yêu cầu cơ bản đối với giá trị điện trở đó là ít thay đổi theo nhiệt độ, độ ẩm và thời gian,... Điện trở dẫn điện càng tốt thì giá trị của nó càng nhỏ và ngược lại.

     Giá trị điện trở được tính theo đơn vị Ohm (Ω), kΩ, MΩ, hoặc GΩ.

Ký hiệu của điện trở trong mạch điện

     Điện trở của dây dẫn phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công thức sau: 
                                                                         R =  ρ.L / S
    Trong đó :

                     ρ là điện trở xuất phụ thuộc vào chất liệu
                     L là chiều dài dây dẫn
                    S là tiết diện dây dẫn
                    R là điện trở đơn vị là Ohm

    Trong thực tế điện trở được sản xuất với một số thang giá trị xác định. Khi tính toán lý thuyết thiết kế mạch điện, cần chọn thang điện trở gần nhất với giá trị được tính.

     Sai số
     Sai số là độ chênh lệch tương đối giữa giá trị thực tế của điện trở và giá trị danh định, được tính theo %.

    Công suất tối đa cho phép
    Khi có dòng điện cường độ I chạy qua điện trở R, năng lượng nhiệt tỏa ra trên R với công suất:

                                                           P = U.I = I².R

    Nếu dòng điện có cường độ càng lớn thì nhiệt lượng tiêu thụ trên R càng lớn làm cho điện trở càng nóng, do đó cần thiết kế điện trở có kích thước lớn để có thể tản nhiệt tốt.
    Công suất tối đa cho phép là công suất nhiệt lớn nhất mà điện trở có thể chịu được nếu quá ngưỡng đó điện trở bị nóng lên và có thể bị cháy. 
    Công suất tối đa cho phép đặc trưng cho khả năng chịu nhiệt. 
                                                          Pmax = U²max/R = I²max.R

1.3 Phân loại và ký hiệu điện trở

a. Điện trở có giá trị xác định

         - Điện trở than ép (cacbon film): Điện trở than ép có dải giá trị tương đối rộng (1Ω đến 100MΩ), công suất danh định 1/8W – 2W, phần lớn có công suất là 1/4W hoặc 1/2W. Ưu điển nổi bật của điện trở than ép đó chính là có tính thuần trở nên được sử dụng nhiều trong phạm vi tần số thấp.

         - Điện trở dây quấn được chế tạo bằng cách quấn một đoạn dây không phải là chất dẫn điện tốt (Nichrome) quanh một lõi hình trụ. Trở kháng phụ thuộc vào vật liệu dây dẫn, đường kính và độ dài của dây dẫn. Điện trở dây quấn có giá trị nhỏ, độ chính xác cao và có công suất nhiệt lớn. Tuy nhiên nhược điểm của điện trở dây quấn là nó có tính chất điện cảm nên không được sử dụng trong các mạch cao tần mà được ứng dụng nhiều trong các mạch âm tần.

         - Điện trở màng mỏng: Được sản xuất bằng cáchlắng đọng Cacbon, kim loại hoặc oxide kim loại dưới dạng màng mỏng trên lõi hình trụ. Điện trở màng mỏng có giá trị từ thấp đến trung bình, và có thể thấy rõ một ưu điểm nổi bật của điện trở màng mỏng đó là tính chất thuần trở nên được sử dụng trong phạm vi tần số cao, tuy nhiên có công suất nhiệt thấp và giá thành cao.

b. Điện trở có giá trị thay đổi

       - Biến trở(Variable Resistor) có cấu tạo gồm một điện trở màng than hoặc dây quấn có dạng hình cung, có trục xoay ở giữa nối với con trượt. Con trượt tiếp xúc động với với vành điện trở tạo nên cực thứ 3, nên khi con trượt dịch chuyển điện trở giữa cực thứ 3 và 1 trong 2 cực còn lại có thể thay đổi. Biến trở được sử dụng điều khiển điện áp (potentiometer: chiết áp) hoặc điều khiển cường độ dòng điện (Rheostat)

        - Nhiệt trở Là linh kiện có giá trị điện trở thay đổi theo nhiệt độ. Có 2 loại nhiệt trở:

         Nhiệt trở có hệ số nhiệt âm: Giá trị điện trở giảm khi nhiệt độ tăng (NTC), thông thường các chất bán dẫn có hệ số nhiệt âm do khi nhiệt độ tăng cung cấp đủ năng lượng cho các electron nhảy từ vùng hóa trị lên vùng dẫn nên số lượng hạt dẫn tăng đáng kể, ngoài ra tốc độ dịch chuyển của hạt dẫn cũng tăng nên giá trị điện trở giảm

         Nhiệt trở có hệ số nhiệt dương: Giá trị điện trở tăng khi nhiệt độ tăng, các nhiệt trở được làm bằng kim loại có hệ số nhiệt dương (PTC) do khi nhiệt độ tăng, các nguyên tử nút mạng dao động mạnh làm cản trở quá trình di chuyển của electron nên giá trị điện trở tăng.Nhiệt trởđược sử dụng để điều khiển cường độ dòng điện, đo hoặc điều khiển nhiệt độ: ổn định nhiệt cho các tầng khuếch đại, đặc biệt là tầng khuếch đại công suất hoặc là linh kiện cảm biến trong các hệ thống tự động điều khiển theo nhiệt độ.

        - Điện trở quang

        Quang trở là linh kiện nhạy cảm với bức xạ điện từ quanh phổ ánh sáng nhìn thấy. Quang trở có giá trị điện trở thay đổi phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó. Cường độ ánh sáng càng mạnh thì giá trị điện trở càng giảm và ngược lại.

         Quang trở thường được sử dụng trong các mạch tự động điều khiển bằng ánh sáng: (Phát hiện người vào cửa tự động; Điều chỉnh độ sáng, độ nét ở Camera; Tự động bật đèn khi trời tối; Điều chỉnh độ nét của LCD;...

1.4 Cách ghi và đọc tham số điện trở

Quy ước mầu Quốc tế

 Bảng màu điện trở

   Điện trở thường được ký hiệu bằng 4 vòng mầu , điện trở chính xác thì ký hiệu bằng 5 vòng mầu.

  * Cách đọc trị số điện trở 4 vòng mầu :

Cách đọc điện trở màu

      Cách đọc điện trở 4 vòng mầu

      - Vòng số 4 là vòng ở cuối luôn luôn có mầu nhũ vàng hay nhũ bạc, đây là vòng  chỉ sai số của điện trở, khi đọc trị số ta bỏ qua vòng này.

      - Đối diện với vòng cuối là vòng số 1, tiếp theo đến vòng số 2, số 3

               - Vòng số 1 và vòng số 2 là hàng chục và hàng đơn vị .

      - Vòng số 3 là bội số của cơ số 10.

      - Trị số = (vòng 1)(vòng 2) x 10 ( mũ vòng 3).

      - Có thể tính vòng số 3 là số con số không "0" thêm vào.

      - Mầu nhũ chỉ có ở vòng sai số hoặc vòng số 3, nếu vòng số 3 là nhũ thì số mũ của cơ số 10 là số âm. 

      Cách đọc trị số điện trở 5 vòng mầu :

      - Vòng số 5 là vòng cuối cùng , là vòng ghi sai số, trở 5 vòng mầu thì mầu sai số có nhiều mầu, do đó gây khó khăn cho ta khi xác điịnh đâu là vòng cuối cùng, tuy nhiên vòng cuối luôn có khoảng cách xa hơn một chút. 

      - Đối diện vòng cuối là vòng số 1.

      - Tương tự cách đọc trị số của trở 4 vòng mầu nhưng ở đây vòng số 4 là bội số của cơ số 10, vòng số 1, số 2, số 3 lần lượt là hàng trăm, hàng chục và hàng đơn vị.

      - Trị số = (vòng 1)(vòng 2)(vòng 3) x 10 ( mũ vòng 4).

      - Có thể tính vòng số 4 là số con số không "0" thêm vào.

(Nguồn: http://robocon.vn/)