Tổng hợp kiến thức về cuộn cảm – Điện tử căn bản

Khi nói đến điện tử căn bản thì không thể không nhắc tới cuộn cảm. Bởi đây là linh kiện điện tử vô cùng trong tất cả các thiết bị điện tử nói chung và máy tính nói riêng. Vậy bạn đã biết cuộn cảm là gì chưa? Cấu tạo của cuộn cảm như thế nào? Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm ra sao? Tất cả sẽ được giải đáp chi tiết qua bài viết dưới đây.

1. Cuộn cảm là gì?

Cuộn cảm (Hay còn được gọi là cuộn từ, cuộn từ cảm) là một loại linh kiện điện tử thụ động, mang tính chất của một cuộn dây cảm ứng điện từ. Nó thường được sử dụng trong mạch điện có dòng điện biến đổi theo thời gian (Như các mạch điện xoay chiều).

Cuộn cảm có khả năng lưu trữ năng lượng ở dạng từ năng (Năng lượng của từ trường tạo ra bởi cuộn cảm khi dòng điện đi qua) và làm dòng điện bị trễ pha so với điện áp một góc bằng 90°. 

Trong mạch điện, cuộn cảm đóng vai trò dẫn dòng điện một chiều hoặc để tạo thành mạch cộng hưởng khi ghép cuộn cảm nối tiếp hoặc song song với tụ điện. Ngoài ra, nó còn có thể được sử dụng như một linh kiện giúp chặn dòng điện cao tần trong mạch điện.

Đại lượng đặc trưng của cuộn dây là hệ số tự cảm (Kí hiệu là L). Đơn vị đo của hệ số tự cảm là Henry (Ký hiệu là H).

 

2. Phân loại cuộn cảm

 

2.1 Dựa vào phạm vi ứng dụng

Căn cứ theo cấu tạo và phạm vi ứng dụng thì cuộn cảm được chia ra thành 3 loại chính đó là:

– Cuộn cảm âm tần.

– Cuộn cảm trung tần.

– Cuộn cảm cao tần.

 

2.2 Dựa vào hình dáng

Phân loại theo hình dáng ta có loại cắm và loại dán.

 

2.3 Dựa vào cấu tạo

Căn cứ theo cấu tạo thì chúng ta có cuộn cảm loại có lõi và loại không lõi.

 

2.4 Một số loại cuộn cảm phổ biến

– Cuộn cảm lõi rỗng (Air Core Inductor): Đây là loại cuộn cảm hoàn toàn không có lõi. Nó cung cấp đường dẫn miễn cưỡng cao cho từ thông nên có độ tự cảm ít hơn. Thông thường, cuộn cảm lõi rỗng có cuộn dây lớn hơn để tạo ra mật độ từ thông cao hơn. Chúng được sử dụng trong các ứng dụng tần số cao bao gồm máy thu TV và radio.

– Cuộn cảm lõi Ferrite (Ferrite Core Inductor): Đây là những cuộn cảm có đặc điểm chung là mang lại lợi thế giảm chi phí và tổn thất lõi thấp ở tần số cao. Điều làm nên lợi thế này là do chúng có lõi được làm từ Ferrite (Đây là một gốm oxit kim loại dựa trên hỗn hợp Ferric Oxide Fe2O3).

– Cuộn cảm lõi hình xuyến (Toroidal Core Inductor): Trong tất cả các loại cuộn cảm được kể trong bài viết này thì cuộn cảm lõi hình xuyến là cuộn cảm có thông lượng rò rỉ rất thấp. Tuy nhiên, loại cuộn cảm này lại có vấn đề trong thiết kế nên đôi khi lõi ferrite cũng được sử dụng để giảm thiểu tổn thất.

– Cuộn cảm ống chỉ (Bobbin based Inductor): Cuộn cảm ống chỉ chủ yếu được ứng dụng trong các ứng dụng chuyển đổi năng lượng và các bộ nguồn chế độ chuyển đổi.

– Cuộn cảm nhiều lớp (Multi Layer Inductor): Như tên gọi của nó, cuộn cảm nhiều lớp chứa hai mẫu cuộn dây dẫn được sắp xếp thành hai lớp ở phần trên của cơ thể nhiều lớp. Các cuộn dây được kết nối điện theo cách liên tiếp nối tiếp với hai mẫu cuộn dây dẫn hơn được đặt ở phần dưới của cơ thể nhiều lớp. Chúng chủ yếu được ứng dụng trong các hệ thống thông tin di động và các ứng dụng khử nhiễu.

– Cuộn cảm màng mỏng (Thin Film Inductor): Cuộn cảm màng mỏng được hình thành bằng cách xử lý màng mỏng để tạo ra cuộn cảm chip cho các ứng dụng tần số cao, dao động từ khoảng nano Henry.

3. Cấu tạo của cuộn cảm

Nhìn chung, cấu tạo của cuộn cảm bao gồm một số vòng dây được quấn lại thành nhiều vòng. Trong đó, dây cuốn được sơn emay cách điện. Bên trong cuộn dây có thể là không khí hoặc một vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật.

Các ký hiệu trên sơ đồ lần lượt như sau:

L1 là cuộn dây lõi không khí.

L2 là cuộn dây lõi ferit.

L3 là cuộn dây có lõi chỉnh.

L4 là cuộn dây lõi thép kỹ thuật.

 

4. Những đại lượng đặc trưng của cuộn cảm

 

4.1 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.

Công thức: L = (µr x 4 x 3,14 x n² x S x 10^-7) / l

Trong đó: 

L là hệ số tự cảm của cuộn dây, đơn vị là Henry (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.

 

4.2 Cảm kháng

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

Công thức: ZL = 2 x 3,14 x f x 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 (H).

Từ công thức trên, ta có thể rút ra kết luận rằng cảm kháng tỉ lệ thuận với tần số đơn vị và hệ số tự cảm của cuộn dây. Điều này có nghĩa là nếu dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì đi qua cuộn dây càng khó. Còn đối với dòng điện một chiều có tần số f = 0 Hz vì vậy với dòng một chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = 0.

 

4.3 Điện trở thuần của cuộn dây

Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng. Thông thường cuộn dây có chất lượng 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.

 

4.4 Tính nạp, xả của cuộn dây

Khi một dòng điện chạy qua cuộn dây, năng lượng được cuộn dây nạp sẽ được tính theo công thức sau:

W = L x I² / 2

Trong đó: 

W là năng lượng (Jun – J).

L là hệ số tự cảm (H).

I là dòng điện (Ampe – A).

 

5. Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm

 

5.1 Đối với dòng điện một chiều (DC)

Trong dòng điện một chiều thì dòng điện có cường độ và chiều không đổi (Tần số bằng 0). Nên cuộn dây nối đoản mạch hay nói cách khác là hoạt động của cuộn dây như một điện trở có điện kháng gần bằng không (Gần như không có điện kháng). Theo đó, dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường (B) có cường độ và chiều không đổi.

 

5.2 Đối với dòng điện xoay chiều (AC)

Khi cuộn dây được sử dụng với dòng điện xoay chiều thì dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường (B) biến thiên và một điện trường (E) biến thiên, nhưng luôn vuông góc với từ trường. Cảm kháng của cuộn dây phụ thuộc vào tần số của dòng xoay chiều.

 

6. Cách đọc giá trị cuộn cảm

 

6.1 Cuộn cảm ghi mã số

Ta có thể đọc giá trị cuộn cảm dựa trên mã số được ghi trên bề mặt cuộn cảm. Cách đọc như sau:

Ký hiệu	Dung sai
B	+/- 0.15 nH
C	+/- 0.2 nH
S	+/- 0.3 nH
D	+/- 0.5 nH
F	+/- 1%
G	+/- 2%
H	+/- 3%
J	+/- 5%
K	+/- 10%
L	+/- 15%
M	+/- 20%
V	+/- 25%
N	+/- 30%

 

6.2 Cuộn cảm 4 vạch màu

Tương tự như cách đọc giá trị điện trở, ta có thể đọc giá trị cuộn cảm theo vòng màu như sau:

Vòng	1	2	3	4
Biểu thị	Chữ số thứ 1	Chữ số thứ 2	Hệ số nhân	Dung sai
Vàng kim	–	–	-10	+/- 5%
Bạc	–	–	-100	+/- 10%
Đen	0	0	0	+/- 20%
Nâu	1	1	1	–
Đỏ	2	2	2	–
Cam	3	3	3	–
Vàng	4	4	4	–
Xanh lá	5	5	–	–
Xanh dương	6	6	–	–
Tím	7	7	–	–
Xám	8	8	–	–
Trắng	9	9	–	–

 

6.3 Cuộn cảm 5 vạch màu

Đây là loại cuộn cảm có tần số vô tuyến quân sự. Để đọc cuộn cảm 5 vạch màu, ta dựa vào bảng sau:

Vòng	1	2	3	4	5
Biểu thị	Thông số quân sự	Chữ số thứ 1	Chữ số thứ 2	Hệ số nhân	Dung sai
Vàng kim	–	Dấu thập phân	Dấu thập phân	–	+/- 5%
Bạc	Luôn gấp đôi vòng bạc	–	–	–	+/- 10%
Đen	–	0	0	0	+/- 20%
Nâu	–	1	1	1	+/- 1%
Đỏ	–	2	2	2	+/- 2%
Cam	–	3	3	3	+/- 3%
Vàng	–	4	4	4	+/- 4%
Xanh lá	–	5	5	5	–
Xanh dương	–	6	6	6	–
Tím	–	7	7	7	–
Xám	–	8	8	8	–
Trắng	–	9	9	9	–

 

6.4 Cuộn cảm dán

Cuộn cảm dán sử dụng các dấu chấm than ghi trên cuộn cảm để đọc giá trị (Đơn vị của độ tự cảm là Nano Henry). Trong đó:

Lưu ý: Chúng ta đọc giá trị theo chiều kim đồng hồ từ trên xuống.

– Hai dấu chấm đầu tiên: Cho biết các chữ số có nghĩa của giá trị điện cảm.

– Dấu chấm thứ ba: Cho biết hệ số nhân.

Trong trường hợp trên cuộn cảm có một dấu chấm đơn thì có nghĩa là nếu bạn muốn biết giá trị và dung sai của cuộn cảm phải xem trong bảng dữ liệu (Datasheet).

 

6.5 Cuộn cảm RF

Tương tự như cuộn cảm dán, cuộn cảm RF được đọc thông qua những dấu chấm ghi trên cuộn cảm. 

Trường hợp 1: Có một dấu chấm

Trường hợp này chúng ta phải xem giá trị cuộn cảm và dung sai thông qua bảng dữ liệu (datasheet) của cuộn cảm.

Trường hợp 2: Có ba dấu chấm (Hai dấu chấm nằm ở một đầu và dấu chấm còn lại nằm ở đầu bên kia)

Hai dấu chấm được đọc từ trên xuống dưới và biểu thị cho ý nghĩa của giá trị điện cảm. Còn dấu chấm ở đầu bên kia là để chỉ hệ số nhân.

Lưu ý: Mã màu của cuộn cảm RF sẽ tuân theo bảng mã màu cuộn cảm 4 vạch màu ở trên.

Trên đây là chia sẻ của HOCVIENiT.vn về những kiến thức về cuộn cảm. Nếu có bất cứ thắc mắc nào về các kiến thức liên quan đến máy tính thì bạn có thể để lại bình luận bên dưới bài viết này. Và đừng quên đón đọc các bài viết mới nhất của HOCVIENiT.vn nhé.

Mọi chi tiết xin vui lòng liên hệ:
CÔNG TY CỔ PHẦN HỌC VIỆN IT
MST: 0108733789
Tổng đài hỗ trợ: 024 3566 8686 – Hotline: 0981 223 001
Facebook: www.fb.com/hocvienit
Đăng ký kênh Youtube để theo dõi các bài học của Huấn luyện viên tốt nhất: http://bit.ly/Youtube_HOCVIENiT
Hệ thống cơ sở đào tạo: https://hocvienit.vn/lien-he/
Học viện IT.vn – Truyền nghề thực tế cùng bạn đến thành công!