LINH KIỆN ĐIỆN TỬ : CUỘN CẢM
1. Khái niệm cuộn cảm
Cuộn cảm là một linh kiện điện tử dùng chứa từ trường. Cuộn cảm được cấu tạo bởi một cuộn dây quấn quanh một lõi sắt. Khi cho dòng điện qua cuộn, nó sinh ra từ trường và chính từ trường này sẽ sinh ra cảm ứng để hãm lại biến thiên dòng điện trong cuộn.
Khác với tụ điện cuộn cảm không phải là một thành phần quá quen thuộc trong các mạch điện tử. Mặt khác, nó lại còn là một thành phần rất rắc rối trong mạch điện tử. Cuộn cảm cũng có hai chân nhưng cả hai đều không phân cực và cắm chiều nào cũng được.
2.Nguyên lý làm việc
Đối với dòng điện một chiều (DC), dòng điện có cường độ và chiều không đổi (tần số bằng 0). Cuộn dây hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không hay nói khác hơn cuộn dây nối đoản mạch. Dòng điện trên cuộn dây sinh ra một từ trường (B) có cường độ và chiều không đổi.
Khi mắc điện xoay chiều (AC) với cuộn dây, 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.
Cuộn cảm L có đặc tính lọc nhiễu tốt cho các mạch nguồn DC có lẫn tạp nhiễu ở các tần số khác nhau tùy vào đặc tính cụ thể của từng cuộn dây, giúp ổn định dòng, ứng dụng trong các mạch lọc tần số.
3. Cấu tạo của cuộn cảm
Dựa vào cấu tạo và phạm vi ứng dụng mà người ta phân chia cuộn cảm thành những loại chính sau: cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
Cuộn cảm cao tần và âm tần bao gồm một số vòng dây quấn lại thành nhiều vòng, dây quấn được sơn emay cách điện. Lõi cuộn dây có thể là không khí, hoặc là vật liệu dẫn từ như Ferrite hay lõi thép kỹ thuật.
4.Công dụng và ứng dụng của cuộn cảm
4.1 Tác dụng : của cuộn cảm trong mạch điện là để 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 tác dụng chặn dòng điện cao tần trong mạch điện.
Người ta phân cuộn cảm thành 3 loại chính dựa trên cấu tạo và ứng dụng của nó là: cuộn cảm âm tần, cuộn cảm trung tần và cuộn cảm cao tần.
4.2 ứng dụng : Có thể kể ra một số ứng dụng của cuộn cảm trong thực tế như:
Loa (speaker): Khi dòng điện âm tần đi qua cuộn cảm của loa thì nó sẽ tạo ra một từ trường biến thiên. Từ trường này sẽ bị từ trường của nam châm cố định bên trong loa đẩy ra đẩy vào làm cuộn dây cũng dao động theo. Cuộn dây dao động sẽ làm màng loa gắn với nó dao động theo và phát ra âm thanh.
Micro: Có cấu tạo gần tương tự như loa nhưng cách hoạt động của nó thì ngược lại. Ở loa thì dòng điện chuyển thành âm thanh, còn ở micro thì âm thanh chuyển thành dòng điện. Do đó màng của micro có cấu tạo mỏng hơn màng loa để khi âm thanh tác động vào nó sẽ dễ dàng dao động.
Rơ le (relay): Cuộn dây trong rơ le sẽ biến đổi dòng điện thành từ trường. Từ trường được sinh ra sẽ tạo thành lực hút và dẫn đến lực cơ học đóng mở công tắc, đóng mở hành trình của thiết bị tự động…
5.Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm:
Hệ số tự cảm: là đại lượng đặc trung cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua.
L = ( µr.4.3,14.n2.S.10-7 ) / l
L: là hệ số tự cảm của cuộn dây ( đơn vị Henry H)
n: là số vòng dây của cuộn dây
l: chiều dài của cuộn dây tính bằng mét
S: tiết diện của lõi đơn vị m2
µr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lõi
Cảm kháng: là một trong những đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều.
ZL=2/314.f.L
Trong đó
ZL là cảm kháng, đơn vị Ohm
f: là tần số đơn vị Hz
L: hệ số tự cảm, đơn vị Henry
Nếu rút một cuộn đã tích sẵn từ và để hở hai đầu của nó, nó sẽ bị mất dòng đột ngột và giải phóng hết năng lượng, sinh ra áp cực lớn. Áp lực này gây ra vô số rắc rối trong mạch điện và tạo ra những điện áp ngược không mong muốn làm cháy transistor, các cổng ra vào của IC củng như sinh ra tia lửa điện khi đóng mở công tắc. Do đó, ở các mạch điều khiển động cơ (có thể coi là một cuộn cảm) để xả dòng điện của cuộn cảm từ từ tránh những trường hợp nguy hiểm trên. Ở các ngõ ra vào của IC củng như ở các transistor hiệu ứng trường (FET) cũng đều có các diode tích hợp bên trong.
Lưu ý: khi thiết kế mạch điện tử, cần lưu ý về các tải có tính cảm vì chúng có thể gây hư hỏng rất nghiêm trọng cho mạch.
Trong mạch điện một chiều, cuộn cảm có tính chất tương tự như một dây dẫn (với một lượng điện trở nào đó) và dẫn điện. Nhưng khi có áp xoay chiều, nó sẽ kìm hãm sự biến thiên dòng qua nó, do đố dòng qua nó bị hạn chế rất nhiều.
Điện trở thuần của cuộn dây: là điện trở mà người sử dụng có thể đo được thông qua đồng hồ vạn năng. Nếu cuộn dây có chất lượng thì điện trở thuần sẽ tương đối nhỏ so với cảm kháng. Điện trở thuần chính là điện trở hao tổn vì trong quá trình hoạt động điện trở này sinh ra nhiệt làm cho cuộn dây nóng lên.