Tụ điện là một loại linh kiện điện tử thụ động, bao gồm hai hoặc nhiều mảnh vật liệu dẫn điện được ngăn cách với nhau bởi vật liệu cách điện. Tụ điện có khả năng lưu trữ năng lượng điện dưới dạng điện tích, tạo ra hiệu điện thế (Điện áp tĩnh) qua bản tụ, tương tự như pin có thể sạc lại.

Có nhiều loại tụ điện khác nhau, từ các hạt tụ điện nhỏ trong mạch cộng hưởng đến các tụ điện hiệu chỉnh hệ số công suất lớn. Dù có kích thước khác nhau, tất cả chúng đều có chức năng chung là lưu trữ điện tích.

Cấu tạo Cơ bản của Tụ điện

Một tụ điện bao gồm các tấm dẫn điện (kim loại) song song, được ngăn cách với nhau bởi không khí hoặc một vật liệu cách điện tốt như giấy sáp, thủy tinh, gốm, nhựa hoặc gel, như trong tụ điện điện phân. Lớp cách điện giữa các bản tụ được gọi là Điện môi.

Hoạt động của Tụ điện

Trong mạch điện một chiều (DC), tụ điện sẽ phóng nguồn điện áp cung cấp nhưng chặn dòng điện do tính không dẫn của điện môi. Ngược lại, trong mạch điện xoay chiều (AC), dòng điện dịch chuyển qua tụ điện với khá ít sự kháng cự.

Sự tích tụ của các điện tích dương và âm dưới dạng proton và electron xảy ra trên bản tụ khi điện áp DC được sử dụng. Tụ điện đạt trạng thái ổn định khi không có dòng điện chạy qua do chất điện môi cách điện.

Dòng điện Sạc

Dòng điện sạc đạt cực đại khi bản tụ được phóng điện hoàn toàn và dần dần giảm xuống 0 khi bản tụ có hiệu điện thế bằng điện áp nguồn..

Tính điện dung

Chênh lệch điện thế giữa các tụ điện phụ thuộc vào lượng điện tích được nạp vào bản tụ và điện dung của tụ điện.

Tụ điện song song

Loại tụ điện đơn giản nhất là tụ điện song song, có cấu tạo gồm 2 tấm kim loại hoặc lá kim loại ngăn cách với nhau bởi một khoảng cách cố định. Điện dung phụ thuộc vào diện tích bề mặt và khoảng ngăn cách. Thay đổi các giá trị này sẽ thay đổi điện dung và là cơ sở cho hoạt động của các tụ điện biến thiên.

Đo lường điện dung

Để xác định điện dung, sử dụng điện kế và đo lượng điện tích trên bản tụ. Điện dung (C) có thể tính bằng công thức: C = Q/V hoặc Q = C x V.

Lưu trữ năng lượng

Năng lượng điện tích của tụ điện được lưu trữ dưới dạng một trường tĩnh điện giữa các bản tụ. Khi dòng điện được sạc vào tụ điện, trường tĩnh điện mạnh lên, lưu trữ thêm năng lượng. Ngược lại, khi dòng điện đi ra trong quá trình xả, trường yếu dần khi năng lượng rời khỏi bản tụ.

Tính chất Điện dung

Tính chất lưu trữ điện tích trong trường tĩnh điện được gọi là điện dung. Điện dung cũng chống lại sự thay đổi điện áp trên tụ điện.

Đo lường Điện dung

Điện dung được đo bằng Farad (F) theo tên của nhà vật lý người Anh Michael Faraday. 

Một farad (F) tương đương với dung lượng điện khi một coulomb (C) điện tích được tích tụ giữa hai điện cực, khi điện áp giữa chúng là một volt (V). Các bội số của Farad thường được sử dụng:

• Microfarad (μF) 1μF = 0.000001 F = 10-6 F
• Nanofarad (nF) 1nF = 0.000000001 F = 10-9 F
• Picofarad (pF) 1pF = 0.000000000001 F = 10-12 F