Cuộn cảm, cuộn cảm thuần, cuộn cảm cao tần là những linh kiện điện tử có ở hầu hết các thiết bị điện tử. Bạn quan tâm muốn tìm hiểu về cuộn cảm, cuộn cảm dùng làm gì, còn chần chừ gì mà tham khảo ngay bài biết dưới đây.
Tìm hiểu cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm hay còn được gọi là cuộn từ, cuộn từ cảm là một linh kiện điện tử thụ động được tạo từ một dây dẫn điện quấn thành nhiều vòng, lõi trong của dây dẫn có thể là không khí hoặc các vật liệu dẫn từ.
Đặc biệt, khi có dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường trong cuộn dây. Đơn vị cuộn cảm là độ tự cảm (hay còn gọi là từ dung) Henry, được ký hiệu là H, đơn vị đo cảm ứng điện L trong cuộn H.
Khái niệm cuộn cảm thuần là gì?
Cuộn cảm thuần hoặc còn được gọi là cuộn dây thuần cảm là một cuộn dây lý tưởng, có điện trở dây dẫn đúng bằng 0.
Cuộn cảm ký hiệu là gì?
Giống như một số thành phần điện tử khác, cuộn cảm được ký hiệu bằng hình vẽ như sau:
Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm như thế nào?
Đối với dòng điện một chiều (DC) có cường độ và chiều không đổi ( suy ra tần số bằng 0), cuộn dây sẽ hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng 0 hay gọi cách khác là cuộn dây nối đoản mạch. Dòng điện chạy trên cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường (kí hiệu là B) có cường độ và chiều không đổi.
Khi mắc dòng điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, dòng điện chạy trên cuộn dây sẽ sinh ra một từ trường (B) và một điện trường (kí hiệu là E) biến thiên, nhưng luôn luôn vuông góc với từ trường. Lúc này cảm kháng của cuộn dây sẽ phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều.
Cuộn cảm L có đặc tính lọc nhiễu rất tốt cho các mạch điện một chiều bị lẫn các tạp nhiễu ở các tần số khác nhau. Tùy thuộc vào đặc tính cụ thể của từng cuộn dây, giúp ổn định dòng, ứng dụng nhiều trong các mạch lọc tần số.
Những đại lượng đặc trưng nhất của cuộn cảm
Hệ số tự cảm của cuộn cảm
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng nhất cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có một dòng điện biến thiên chạy qua, được tính bằng công thức sau:
L = ( µr.4π.n2.S.10-7 ) / l
Trong đó ta có:
L là hệ số tự cảm của cuộn dây, với đơn vị là Henry (H)
n là số vòng dây của cuộn dây.
l là chiều dài của cuộn dây (đơn vị là m).
S là tiết diện của lõi cuộn cảm, tính bằng đơn vị m2.
µr là là hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi của cuộn dây.
Cảm kháng của cuộn cảm
Cảm kháng là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở của cuộn dây đối với một dòng điện xoay chiều, ta có công thức như sau:
ZL = 2πfL
Trong đó ta có:
ZL là cảm kháng, với đơn vị là Ω.
f là tần số của dòng điện, với đơn vị là Hz.
L là hệ số tự cảm cuộn dây, đơn vị là Henry (H).
Điện trở thuần của cuộn dây là gì?
Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở hoàn toàn có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, thông thường nếu cuộn dây tốt thì sẽ có điện trở thuần phải tương đối nhỏ so với cảm kháng, điện trở thuần hay còn gọi là điện trở tổn hao vì điện trở sinh ra nhiệt khi cuộn dây đang hoạt động.
Cuộn cảm chặn được dòng điện cao tần là vì?
Sở dĩ cuộn cảm chặn được dòng điện cao tần là do yếu tố sau:
Theo công thức cảm kháng của cuộn cảm ở phần trên ta có: ZL= 2πfL.
Nếu là dòng điện một chiều chạy qua tần số của dòng điện là 0 Hz, lúc này ZL=0 Ω.Suy ra cuộn cảm không chặn được dòng điện một chiều.
Nếu là dòng điện cao tần chạy qua sẽ có tần số f rất lớn, suy ra ZL cũng rất lớn nên cuộn cảm chặn được dòng điện cao tần đi qua.
Các cách để mắc cuộn cảm
Trên thực tế, ta có 2 cách mắc cuộn cảm cơ bản nhất trong các mạch điện. Đó là:
Cuộn cảm mắc song song: từ dung sẽ bị giảm đi.
Công thức để tính cuộn cảm mắc song song:
L = 1 / L1 + 1 / L2 + … + 1 / Ln
Trong đó L sẽ là tổng độ tự cảm và L1, L2, Ln … là các cuộn cảm riêng lẻ khác.
Cuộn cảm mắc nối tiếp: tổng từ dung sẽ tăng và bằng tổng của các từ dung.
Công thức để tính cuộn cảm nối tiếp:
L = L1 + L2 + … + Ln
Trong đó ta có L là tổng độ tự cảm và L1, L2, Ln … là các cuộn cảm riêng lẻ khác.
Phân loại cuộn cảm
Dựa vào cấu tạo, phạm vi ứng dụng có thể chia cuộn cảm thành ba loại chính bao gồm cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
Cuộn cảm cao tần và âm tần chỉ bao gồm một số vòng dây được sơn lớp emay hoặc sơn cách điện quấn lại thành nhiều vòng. Lõi cuộn dây có thể là không khí, vật liệu dẫn từ khác như Ferrite hoặc là lõi thép kỹ thuật.
Phân loại theo hình dáng cấu tạo, ta có cuộn cảm loại cắm và loại dán, phân loại theo cấu tạo ta có cuộn cảm loại có lõi và loại không lõi. Tuy có nhiều loại nhưng tất cả các loại cuộn cảm đều mang những tính chất chung của cuộn dây cảm ứng điện từ.
Công dụng của cuộn cảm trong thực tế
Cuộn cảm là linh kiện điện tử khá phổ biến tuy nhiên vẫn còn khá nhiều người lại chưa biết cuộn cảm có tác dụng gì. Trên thực tế, cuộn cảm có rất nhiều ứng dụng đối với đời sống như trong ứng dụng về các thiết bị âm thanh như loa, mic, trong lọc nguồn, trong lọc nhiễu, …hay trong các ứng dụng khác về relay, biến áp,…
Công dụng của cuộn cảm ứng trong loa
Loa là một ứng dụng cụ thể của cuộn từ cảm, có cấu tạo gồm một nam châm có hình trụ có hai cực S, N lồng vào nhau sao cho cực N ở giữa và cực S ở xung quanh, tạo thành một khe từ có từ trường khá mạnh ở của giữa hai cực. Cuộn dây sẽ được gắn với màng loa và được đặt bên trong khe từ, màng loa được sẽ đỡ bằng gân cao su mềm để dễ dàng dao động ra vào.
Khi cấp một dòng điện âm tần (dòng điện xoay chiều có tần số khoảng từ 20Hz đến 20.000 Hz) chạy qua cuộn dây, cuộn dây sẽ tạo ra từ trường biến thiên và sẽ bị từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào làm cho cuộn dây dao động dẫn đến màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.
Lưu ý như sau Người dùng tuyệt đối không được sử dụng dòng điện một chiều vào loa, vì dòng điện một chiều chỉ tạo ra được từ trường cố định. Cuộn dây của loa khi dòng điện đi qua chỉ lệch về một hướng rồi dừng lại, khi đó dòng điện qua cuộn dây sẽ tăng mạnh (do không có được điện áp cảm ứng theo chiều ngược lại), dẫn đến gây cháy cuộn dây.
Cuộn cảm có tác dụng gì đối micro?
Thực chất micro chính là một chiếc loa thu nhỏ, có cấu tạo khá tương đồng với loa nhưng Micro lại có số vòng quấn trên cuộn dây lớn hơn so với loa rất nhiều. Do đó, trở kháng của cuộn dây trên micro lớn đến khoảng 600Ω, trong khi trở kháng của loa chỉ dao động từ 4Ω ~ 16Ω). Ngoài ra, màng micro cũng được thiết kế rất mỏng để dễ dàng dao động mỗi khi có âm thanh tác động vào. Trái ngược với loa là thiết bị để chuyển đổi dòng điện thành âm thanh thì ngược lại, micro lại chuyển đổi âm thanh sang thành dòng điện âm tần.
Công dụng của cuộn cảm trong sản xuất relay (rơ le)
Nguyên lý hoạt động của rơ le là biến đổi dòng điện sang từ trường thông qua cuộn dây, từ trường đó lại tạo thành một lực cơ học, thông qua lực hút đó để thực hiện tác động về mặt cơ khí như đóng hay mở công tắc (chính là tiếp điểm), đóng mở các chu kỳ của một thiết bị tự động nào đó.
Cuộn cảm có tác dụng gì với sản xuất biến áp?
Biến áp là một thiết bị có chức năng biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn dây sơ cấp (để đưa điện áp vào) và một hay nhiều cuộn dây thứ cấp (để lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hay lõi Ferit.
Công suất làm việc của biến áp phụ thuộc rất nhiều vào tiết diện của lõi từ, và tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt động ở tần số mà càng cao thì sẽ cho công suất càng lớn.
Biến áp sẽ được chia làm 3 loại chính: biến áp cao tần, Biến áp nguồn và biến áp âm tần.
Biến áp nguồn là Cung cấp điện áp xoay chiều cho mạch điện, với kích thước từ nhỏ tới lớn, được sử dụng cho các trạm biến áp, và tác dụng là cách ly các linh kiện với nguồn cao áp.
Biến áp cao tần: Được sử dụng phổ biến nhất trong các bộ thu phát sóng Radio, lõi có thể là lõi sắt hoặc lõi không khí, tuy nhiên nhược điểm của lõi không khí là phần lớn các đường cảm ứng từ sẽ đều đi ra ngoài, điều này ảnh hưởng lớn đến đặc tính của máy biến áp.
Biến áp âm tần: Dải tần làm việc thường dao động khoảng từ 20Hz-20kHz, phối hợp với trở kháng (để tối thiểu hóa thành phần điện cảm trong mạch). Tuy nhiên, các loại biến áp này có kích thước và trọng lượng thường lớn nên ngày càng ít được ứng dụng.
Cách đo cuộn cảm như thế nào?
Trên thị trường hiện nay có một số dòng thiết bị dùng đo cuộn cảm như máy đo điện dung hay là chức năng đo cuộn cảm của đồng hồ vạn năng.
Nếu đồng hồ vạn năng có chức năng đo cuộn cảm, nó sẽ được ký hiệu bằng chữ L hoặc H trên thân của nó.
Để đo được độ tự cảm bằng thiết bị này, bạn chỉ cần xoay núm chọn của đồng hồ đo sang chức năng đo điện cảm và sử dụng đầu dò đo qua các chân của cuộn cảm.
Tuy nhiên, máy đo điện cảm vẫn luôn là lựa chọn tốt nhất bởi sự chính xác và tính nhanh chóng của nó.
Cách đọc giá trị cuộn cảm như thế nào?
Để xác định đúng cuộn từ cảm khi cần sử dụng, điều quan trọng nhất là bạn phải biết cách đọc các thông số. Hầu hết các cuộn cảm đều sẽ có giá trị độ tự cảm danh nghĩa trong phạm vi Microhenry hoặc Milli-Henry. Ngoài giá trị điện cảm, một thông số khác cũng quan trọng được ghi trên hầu hết các cuộn cảm chính là dung sai.
Để đọc được những giá trị này, người kỹ sư cần tham khảo các bảng dữ liệu đã được cung cấp bởi nhà sản xuất cụ thể. Các nhà sản xuất luôn có các hệ thống mã số và màu để mã hóa các giá trị danh nghĩa và dung sai của cuộn cảm. Bạn chỉ cần đối chiếu với các ký hiệu, màu sắc với giá trị là có thể tìm được đúng cuộn cảm mà mình cần tìm.
Trên đây là những chia sẻ tổng quan về cuộn cảm, để giải đáp thắc mắc cho câu hỏi cuộn cảm là gì, cấu tạo, phân loại và công dụng của cuộn cảm. Hy vọng qua bài viết bạn đọc đã có thêm những thông tin bổ ích về linh kiện điện tử này để có thể sử dụng nó một cách hợp lý nhất, tốt nhất.