Tụ điện là một loại linh kiện điện tử gồm hai vật dẫn đặt gần nhau và ngăn cách nhau bởi môi trường cách điện (điện môi). Mỗi vật dẫn được gọi là một bản tụ điện.

Hình 21.1. Một số loại tự điện

Hình 21.2. Kí hiệu tụ điện trong sơ đồ mạch điện

– Mật độ điện tích tự do trong điện môi là rất nhỏ do đó điện môi là những chất không dẫn điện.

– Khi điện trường ngoài đặt vào điện môi lớn hơn một giới hạn nhất định thì các liên kết giữa các điện tích trái dấu trong nguyên tử của chất điện môi sẽ bị phá vỡ, điện tích tự do xuất hiện, lúc này điện môi trở thành vật dẫn điện (điện môi bị đánh thủng).

– Tụ điện có thể tích và phóng điện.

Hình 21.3. Tích điện cho tụ điện

– Cấu tạo của một số loại tụ điện

Hình 21.4. Cấu tạo của tụ điện phẳng

Hình 21.5. Cấu tạo của tụ điện hình trụ

1.2.1. Điện dung

Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế U vào hai bản tụ điện. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ điện và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ điện.

\(C = \frac{Q}{U}\)

Trong đó:

– Q được tính bằng đơn vị culong (C)

– U được tính bằng đơn vị vôn (V)

– C được tính bằng đơn vị fara (F).

Một đơn vị điện dung thường dùng:

+ 1 microfara (kí hiệu là μF) = 10-6 F.

+ 1 nanofara (kí hiệu là nF) = 10-9 F.

+ 1 picofara (kí hiệu là pF) = 10-12 F.

1.2.2. Điện dung của bộ tụ điện

Hình 21.6. Bộ tụ điện ghép nối tiếp

U = U₁ + U₂ + … + U_n

Q = Q₁ = Q₂ = … = Q_n

\(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + … + \frac{1}{{{C_n}}}\)

Hình 21.7. Bộ tụ điện ghép song song

U = U₁ = U₂ = … = U_n

Q = Q₁ + Q₂ + … + Q_n

C = C₁ + C₂ + … + C_n

Năng lượng của tụ điện khi được tích điện với điện tích Q:

\(W = \frac{{QU}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{C{U^2}}}{2}\)

Trong đó:

– Q có đơn vị là culong

– U có đơn vị là vôn

– C có đơn vị là fara

– W có đơn vị là jun

Năng lượng của tụ điện cũng chính là năng lượng điện trường trong tụ điện.

Tụ điện được sử dụng trong rất nhiều thiết bị điện như động cơ xe máy, máy hàn dùng công nghệ phóng điện của tụ, mạch khuếch đại,… Ngoài ra, tụ điện còn có một số chức năng khác nữa như lưu trữ điện tích, lọc dòng điện một chiều không cho đi qua mà chỉ cho dòng điện xoay chiều đi qua,…

Ví dụ:

Hình 21.8

Máy hàn bu – lông sử dụng bộ tụ điện

Hình 21.9

Mạch khuếch đại

– Điện dung của tụ điện là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích điện của tụ điện khi đặt một hiệu điện thế U vào hai bản tụ. Nó được tính bằng tỉ số giữa điện tích Q của tụ và hiệu điện thế U đặt vào hai bản tụ. \(C = \frac{Q}{U}\) – Fara là điện dung của một tụ điện mà nếu đặt hiệu điện thế 1 V vào hai bản tụ thì điện tích của tụ là 1 C – Công thức của bộ tụ điện ghép nối tiếp: U = U1 + U2 + … + Un Q = Q1 = Q2 = … = Qn \(\frac{1}{C} = \frac{1}{{{C_1}}} + \frac{1}{{{C_2}}} + … + \frac{1}{{{C_n}}}\)  Công thức của bộ tụ điện ghép song song: U = U1 = U2 = … = Un Q = Q1 + Q2 + … + Qn C = C1 + C2 + … + Cn – Năng lượng tụ điện: \(W = \frac{{QU}}{2} = \frac{{{Q^2}}}{{2C}} = \frac{{C{U^2}}}{2}\) – Tụ điện có ứng dụng quan trọng là tích trữ năng lượng và cung cấp năng lượng.