Linh kiện điện tử thụ động chứa từ trường được gọi là cuộn cảm. Cấu tạo đơn giản gồm cuộn dây dẫn quấn thành nhiều vòng với nhau. Trong đó, lõi của linh kiện làm từ vật liệu dẫn hay lõi thép kỹ thuật. Trong cuộc sống, cuộn dây được dùng để thay phụ tùng cho Rơ le điện, máy biến áp hay nâng cấp loa âm thanh. Nguyên liệu làm cuộn dây hoàn toàn nhập khẩu nhưng lại có giá bán rất phải chăng.
Khái niệm về thiết bị điện tử chuyên dụng – cuộn cảm
Dây dẫn quấn thành nhiều vòng tạo nên linh kiện điện tử thụ động gọi là cuộn cảm. Lõi của dây dẫn có thể làm từ vật liệu dẫn từ hay không khí. Khi đó, dòng điện chạy qua sẽ làm xuất hiện từ trường. Trong vật lý, người học sẽ biết linh kiện này liên quan đến độ tự cảm (kí hiệu là L), đơn vị Henry.
Khái niệm cơ bản về cuộn cảm như sau: Linh kiện điện tử thụ động tạo ra từ dây dẫn điện quấn thành nhiều vòng với nhau. Dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường. Linh kiện có độ tự cảm L, tính bằng đơn vị H (Henry).
Cấu trúc hình thành cần biết
Dựa vào cấu tạo và ứng dụng phổ biến trong cuộc sống, cuộn cảm có thể được phân chia thành các loại như sau:
- Loại cao tần
- Loại trung tần
- Loại âm tần
Trong đó, cuộn cảm cao tần và âm tần sẽ gồm nhiều vòng dây quấn lại thành nhiều vòng và cách điện bằng cách sơn emay dây quấn. Trong đó, lõi cuộn dây là không khí hay lõi thép kỹ thuật hay vật liệu Ferit có tính dẫn từ.
Còn khi phân loại theo hình dáng sẽ có loại dán và loại cắm, theo cấu tạo có loại không lõi và loại có lõi, theo ứng dụng thì có loại âm tần và cao tần. Phân theo nhiều loại nhưng đều theo quy tắc cấu tạo chung và tính chất chung của cuộn dây cảm ứng điện từ. Theo theo mục đích dùng mà người ta lựa chọn.
Cuộn cảm và công dụng đối với ngành vật lý
Đối với ngành vật lý, vai trò của cuộn cảm cực kỳ quan trọng và có nhiều ứng dụng trong các thiết bị điện tử. Không thể phủ định rằng, cuộc sống của con người trở nên hiện đại và thoải mái hơn khi khoa học biết cách ứng dụng cuộn cảm trong vật lý. Để sử dụng linh kiện hiệu quả hơn, bạn cần nắm được các thông số:
- Khả năng cho dòng điện bao nhiêu Ampe chạy qua;
- Cuộn dây có nội trở lớn hay nhỏ;
- Hệ số tự cảm: Đại lượng này cho người dùng biết từ trường và điện trường bên ngoài à nó đáp ứng.
Cuộn dây tự cảm lọc nhiễu tốt cho dòng điện 1 chiều ở các tần số khác nhau. Linh kiện hoạt động ổn định. Nhờ vậy, con người đã ứng dụng trong mạch lọc tần số ở các đài phát thanh.
Ưu và khuyết điểm được so sánh
Trong các thiết bị có sử dụng cuộn cảm sẽ có những ưu nhược điểm riêng. Không phải thiết bị nào cũng giống nhau và tính năng của linh kiện cũng khác nhau. Sau đây, ta sẽ cùng điểm qua những ưu nhược điểm thường gặp nhất của cuộn cảm:
Ưu điểm
- Tăng dòng điện cao tần chạy trong phần ruột dây dẫn và từ đó cũng làm tăng phần dòng điện chạy ở bề mặt dây;
- Cuộn cảm có hai chân và không phân cực, ta cắm chân nào cũng sẽ không bị chập mạch và cháy. Điều này giúp người không có chuyên môn vẫn thao tác được mà không sợ sai sót làm hỏng thiết bị.
Khuyết điểm
- Hiện tượng tự cảm chỉ xảy ra trong lòng dây dẫn khi có dòng điện xoay chiều chạy qua. Hiệu ứng này gọi là hiệu ứng ngoài da;
- Khi tắt cầu dao đột ngột, hồ quang điện xuất hiện ở hai cực của cầu dao. Nguyên nhân là do giá trị dòng điện giảm đột ngột về 0. Lớp không khí giữa hai cực sẽ bị phóng điện. Điều này dễ gây hư hỏng cho hệ thống điện;
- Rút cuộn dây tích sẵn từ và để hai đầu hở, dòng điện mất đột ngột và giải phóng năng lượng sinh ra áp lực lớn. Áp lực này gây nhiều rắc rối cho mạch điện và sinh ra điện áp ngược. Điện áp này không có lợi và dễ làm cháy transistor, sinh ra tia lửa điện và cháy cổng IC.
Các loại cuộn cảm phổ biến
Cũng như nhiều linh kiện điện tử khác, cuộn cảm cũng được phân thành nhiều loại và có cấu tạo khác nhau. Dựa vào đó, người dùng sẽ chọn để sử dụng linh kiện đúng với mục đích mà mình cần. Các loại cuộn cảm:
- Lõi nhiều lớp;
- Lõi không khí;
- Ống chỉ;
- Có độ tự cảm thấp;
- Lõi Ferrite;
- Ống dây;
- Lõi hình xuyến;
- Vòng màu;
- Dán;
- Ghép;
- Chip nhiều lớp;
- Ống chỉ;
- Màng mỏng.
Mỗi loại cuộn dây tự cảm đều có những ưu điểm riêng và phù hợp sử dụng cho một ứng dụng nào đó. Trước khi mua, bạn nên tự tìm hiểu hay nhờ nơi bán tư vấn. Họ bán sản phẩm thì chắc chắn sẽ có kiến thức cơ bản để chi tiết đến khách hàng.
Ứng dụng của cuộn cảm
Cùng với các ưu nhược điểm của cuộn cảm, người ta sẽ đưa linh kiện này vào các ứng dụng sau đây trong cuộc sống:
Rơle điện từ
Rơle điện từ hay công tắc điện tử có cuộn dây cảm ứng tạo ra từ trường khi dòng điện chạy qua. Từ trường kéo tiếp điểm để dòng điện có thể chạy qua được vì thế nên bắt buộc phải có cuộn cảm để truyền dẫn giúp thiết bị hoạt động bình thường không có vấn đề gì xảy ra.
Cảm biến tiệm cận
Cuộn cảm sử dụng trong cảm biến tiệm cận mục đích phát hiện vật thể ở gần mà không có tác động vật lý nào. Ứng dụng này tận dụng nguyên lý độ tự cảm sẽ tạo ra xung quanh nó một từ trường khi dòng điện chạy qua. Hay khi có bất kỳ thay đổi nào trong từ trường, dòng điện cảm ứng của cuộn dây tự cảm sẽ sinh ra.
Cuộn được sử dụng trong thiết bị này mới có thể giúp cảm nhận được các từ trường nếu phát hiện dòng điện. Nhờ thế nên bạn sẽ dùng nó dễ dàng trong việc tìm ra được nguồn từ trường khi cần thiết.
Nhưng cảm biến cảm ứng sẽ có một số mặt yếu điểm khác nhau. Cụ thể có 2 nhân tố chính sẽ tác động và làm hạn chế đi ứng dụng của cuộn cảm trong trường hợp này, chi tiết gồm:
- Đối tượng cảm nhận ít nhất phải tạo ra dòng điện bên trong cảm biến hoặc ngược lại cảm biến cần phải có nguồn cấp để nhận diện dễ dàng sự xuất hiện của các vật liệu đang tương tác cùng từ trường.
- Bắt buộc đối tượng phải có từ tính mới sử dụng được.
Ứng dụng trong mạch điều chỉnh
Cuộn dây tự cảm khi kết hợp với tụ điện sẽ sử dụng trong mạch điều chỉnh phổ biến sử dụng ở lĩnh vực truyền hình, phát thanh,… Nhờ vậy, bạn có thể chọn kênh mong muốn. Mạch điều chỉnh là một ứng dụng rất có ích trong cuộc sống hiện đại của chúng ta để chỉnh tần số hay thanh âm ở tất cả các lĩnh vực liên quan đến truyền hình hay thu âm nhạc điều chỉnh bass.
Ứng dụng lọc nhiễu tần số
Cuộn dây tự cảm sử dụng cùng tụ điện còn ứng dụng trong bộ lọc tần số như bộ lọc loại bỏ bằng tần, bộ lọc cao, thông thấp. Chúng đều là các bộ lọc tần số tách những thành phần tần số ra khỏi tín hiệu thu được.
Ngay khi kết nối với tụ điện trở kháng giảm tần số của tín hiệu vẫn đang không ngừng tăng thời điểm như vậy bộ lọc sẽ chỉ cho duy nhất một dải tần số đi qua. Thông qua cách kết hợp tất cả tụ điện, cuộn cảm cùng điện trở và cấu trúc liên kết bộ lọc nâng cao sẽ tác động đến nhiều ứng dụng. Hiện bộ lọc đang được đưa vào vận dụng trong các thiết bị điện tử rất đa dạng.
Cuộn cảm được sử dụng trong loa
Loa cũng là một ứng dụng của cuộn dây tự cảm có cấu tạo gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng ghép vào nhau. Cực N ở giữa và xung quanh là cực S, giữa hai cực khe để tạo ra được từ trường mạnh. Cuộn dây gắn với màng loa nâng đỡ bằng gân cao su. Nhờ vậy, màng loa phát âm thanh ra bên ngoài.
Micro
Micro hay một chiếc loa thu nhỏ và cấu tạo giống với loa chỉ khác là số vòng dây trong cuộn dây lớn hơn rất nhiều so với loa. Vì thế, trở kháng của cuộn dây micro lớn khoảng 600 Ω. Hơn nữa, màng micro mỏng để dễ bị tác động khi có âm thanh.
Động cơ
Trong động cơ điện, cuộn dây tự cảm là một linh kiện không thể thiếu. Tính chất biến điện năng thành cơ năng của cuộn dây được tận dụng trong động cơ. Thường các cuộn cảm sẽ bị cố định tại một vị trí nhất định dùng để xác định cũng như chỉnh các từ trường bất kỳ ngay ở gần.
Động cơ cảm ứng sẽ tận dụng được lực từ sẽ tác động đến cuộn dây nhằm biến thành năng lượng điện. Mục đích chính của việc này là tạo ra từ trường quay cùng thời điểm với đầu vào nguồn điện xoay chiều. Muốn động cơ có thể hoạt động bạn sẽ đặt nó bên trong các ứng dụng đang sở hữu tốc độ ổn định.
Hơn nữa nó còn cần được cấp nguồn điện và lấy trực tiếp nhanh chơng từ điện lưới 50 hoặc 60 HZ. Ưu điểm lớn nhất của loại động cơ cảm ứng này so sánh với thiết kế khác cũng đang chứa cuộn cảm là hoàn toàn không tiếp xúc giữa động cơ và roto. Vì thế nên động cơ cảm ứng sẽ trở nên tin cậy và có được sự mạnh mẽ hơn rất nhiều.
Ứng dụng của cuộn cảm trong việc lưu trữ năng lượng
So sánh với tụ điện cuộn cảm sẽ có khả năng lưu trữ năng lượng tuy nhiên nó đang khác tụ điểm ở điểm là bị giới hạn về mặt thời gian. Tất cả chúng sẽ có thể lưu trữ được năng lượng bởi trong một từ trường sẽ sụp đổ nếu nguồn điện bị ngắt.
Đối với chức năng đặc biệt này cuộn sẽ được dùng chủ yếu ở những bộ nguồn ở chế độ chuyển mạch và tương đương với bộ nguồn bên trong PC. Đối với những bộ đơn giản chế độ chuyển này không cách lý và một cuộn cảm đơn được dùng để thay thế cho một máy biến áp và một thành phần dùng để lưu trữ nguồn năng lượng.
Motor
Motor cũng là một động cơ sử dụng cuộn dây tự cảm phổ biến và mục đích của việc sử dụng linh kiện là biến điện năng thành cơ năng. Điện năng tạo thành khi quấn 1 cuộn dây bằng đồng quanh trục Motor. Momen động cơ quay tạo ra nhờ vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Ứng dụng này thường dùng để đổi màu đèn giao thông.
Kết luận
Những thông tin về cuộn cảm được cung cấp trong bài viết hy vọng đã giải đáp thắc mắc của mọi người. Một linh kiện điện tử ứng dụng phổ biến trong cuộc sống. Nắm được kiến thức, bạn sẽ sử dụng thiết bị điện tử đúng cách và tránh hư hỏng.