Mục lục
Cuộn cảm là gì?
Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động, được tạo thành từ một dây dẫn điện được quấn thành nhiều vòng. Khi có dòng điện chạy qua cuộn cảm, sẽ tạo ra một từ trường xung quanh cuộn cảm. Độ tự cảm của cuộn cảm, được ký hiệu là L, là đại lượng đo bằng đơn vị Henry (H).
Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) trong Tiếng Anh là Inductor và các tên gọi khác coil, choke, reactor.
Cuộn cảm là linh kiện điện tử cơ bản có mặt trong hầu hết các mạch điện chỉ sau điện trở và tụ điện. Đặc biệt tất cả cách mạch nguồn đều có cuộn cảm.
Ký hiệu cuộn cảm trong mạch
Cuộn cảm trong mạch thường được ký hiệu bằng biểu tượng hình chữ “L”. Ký hiệu này tượng trưng cho inductor hay cuộn cảm.
Ký hiệu của cuộn cảm có thể được bổ sung thêm thông tin về giá trị điện cảm của cuộn cảm, bằng cách đặt giá trị điện cảm bên cạnh ký hiệu của cuộn cảm.
Ví dụ: L100mH. Ký hiệu này thể hiện cuộn cảm có tên là L1, có giá trị điện cảm là 100 millihenry (mH).
| Ký hiệu | Loại lõi |
|---|---|
| L | Không lõi |
| L-F | Ferrite |
| L-E | Etherite |
| L-A | Air core |
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động cuộn cảm
Nguyên lý làm việc của cuộn cảm
Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động, có chức năng lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường. Cuộn cảm được tạo thành từ một dây dẫn điện được quấn thành nhiều vòng. Khi có dòng điện chạy qua cuộn cảm, sẽ tạo ra một từ trường xung quanh cuộn cảm.
Dòng điện một chiều (DC)
Khi có dòng điện một chiều chạy qua cuộn cảm, cường độ và chiều của dòng điện không đổi. Do đó, từ trường xung quanh cuộn cảm cũng không đổi. Điều này có nghĩa là điện cảm của cuộn cảm đối với dòng điện một chiều bằng không. Khi đó, cuộn cảm hoạt động như một điện trở có điện kháng gần bằng không, hay nói cách khác, cuộn cảm nối đoản mạch.
Dòng điện xoay chiều (AC)
Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn cảm, cường độ và chiều của dòng điện thay đổi theo thời gian. Điều này có nghĩa là từ trường xung quanh cuộn cảm cũng thay đổi theo thời gian. Do đó, điện cảm của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều không bằng không. Giá trị của điện cảm phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều.
Cảm kháng của cuộn cảm
Cảm kháng của cuộn cảm là đại lượng điện trở của cuộn cảm đối với dòng điện xoay chiều. Cảm kháng được ký hiệu là XL và được tính theo công thức:
XL = 2πfL
Trong đó:
- f là tần số của dòng điện xoay chiều
- L là điện cảm của cuộn cảm
Ứng dụng của cuộn cảm
Cuộn cảm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của kỹ thuật điện tử, bao gồm:
- Lọc nhiễu: Cuộn cảm có thể được sử dụng để lọc nhiễu tần số thấp trong mạch nguồn DC.
- Ổn định dòng điện: Cuộn cảm có thể được sử dụng để ổn định dòng điện trong mạch nguồn AC.
- Tạo từ trường: Được dùng chính trong các mạch nguồn tăng áp, hạ áp.
Cấu tạo của cuộn cảm
Cuộn cảm được cấu tạo từ hai thành phần chính là dây dẫn và lõi.
- Dây dẫn: Dây dẫn được sử dụng để quấn cuộn cảm. Dây dẫn thường được làm từ đồng hoặc nhôm.
- Lõi: Lõi được sử dụng để tăng cường độ từ trường của cuộn cảm. Lõi thường được làm từ vật liệu dẫn từ, chẳng hạn như ferrite hoặc lõi thép kỹ thuật.
Phân loại và công dụng
Dựa vào cấu tạo và phạm vi ứng dụng, cuộn cảm được phân loại thành các loại sau:
- Cuộn cảm âm tần: Cuộn cảm âm tần có tần số hoạt động từ 20 Hz đến 20 kHz. Cuộn cảm âm tần thường được sử dụng trong các mạch âm thanh.
- Cuộn cảm trung tần: Cuộn cảm trung tần có tần số hoạt động từ 20 kHz đến 30 MHz. Cuộn cảm trung tần thường được sử dụng trong các mạch radio.
- Cuộn cảm cao tần: Cuộn cảm cao tần có tần số hoạt động trên 30 MHz. Cuộn cảm cao tần thường được sử dụng trong các mạch radar và truyền hình.
Phân loại cuộn cảm theo vật liệu
- Cuộn cảm lõi không khí: Cuộn cảm không lõi được cấu tạo từ một dây dẫn được quấn thành nhiều vòng. Lõi của cuộn cảm không lõi là không khí. Cuộn cảm không lõi có giá trị điện cảm thấp, thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao.
- Cuộn cảm lõi sắt (hoặc thép): Cuộn cảm lõi thép được cấu tạo từ một dây dẫn được quấn thành nhiều vòng xung quanh một lõi thép. Lõi thép của cuộn cảm lõi thép có độ dẫn từ cao, giúp tăng cường độ từ trường của cuộn cảm. Cuộn cảm lõi thép có giá trị điện cảm cao, thường được sử dụng trong các mạch điện tần số thấp.
- Cuộn cảm lõi ferrite: Cuộn cảm lõi ferrite được cấu tạo từ một dây dẫn được quấn thành nhiều vòng xung quanh một lõi ferrite. Lõi ferrite là một loại vật liệu dẫn từ nhân tạo, có độ dẫn từ cao hơn lõi thép. Cuộn cảm lõi ferrite có giá trị điện cảm cao hơn cuộn cảm lõi thép, thường được sử dụng trong các mạch điện tần số cao.
- Cuộn cảm đa lớp gốm (Multilayer Ceramic Inductor): Sử dụng nhiều lớp cuộn cảm xếp chồng lên nhau, giúp tăng giá trị cảm và giảm kích thước.
- Cuộn cảm có giá trị thay đổi (Variable Core Inductor): Là một dạng đặc biệt của cuộn cảm mà lõi bên trong có thể di động hoặc điều chỉnh được. Sự thay đổi vị trí của lõi trong cuộn cảm có thể ảnh hưởng đến inductance của nó.
Các lỗi hư hỏng của cuộn cảm
Cuộn cảm có thể bị hư hỏng do nhiều nguyên nhân, bao gồm:
- Sự cố quá tải: Cuộn cảm có thể bị quá tải nếu dòng điện chạy qua cuộn cảm vượt quá giá trị điện áp định mức của cuộn cảm.
- Sự cố ngắn mạch: Cuộn cảm có thể bị ngắn mạch nếu có sự tiếp xúc giữa các vòng dây của cuộn cảm.
- Sự cố hở mạch: Cuộn cảm có thể bị hở mạch nếu một hoặc nhiều vòng dây của cuộn cảm bị đứt.
- Sự cố hư hỏng lõi: Lõi của cuộn cảm có thể bị hư hỏng do quá nhiệt, hoặc do va đập mạnh.
Cách kiểm tra cuộn cảm
Kiểm tra cuộn cảm bằng đồng hồ vạn năng VOM
Đây là cách kiểm tra cuộn cảm đơn giản và phổ biến nhất. Để kiểm tra cuộn cảm bằng đồng hồ vạn năng, thực hiện theo các bước sau:
- Cài đặt đồng hồ vạn năng ở thang đo điện trở x100.
- Chạm hai đầu que đo của đồng hồ vào hai đầu cuộn cảm.
- Quan sát giá trị điện trở hiển thị trên đồng hồ.
Nếu đồng hồ hiển thị giá trị điện trở, thì cuộn cảm vẫn hoạt động tốt. Nếu đồng hồ hiển thị giá trị điện trở rất thấp hoặc vô hạn, thì cuộn cảm bị hư hỏng.
Giá trị điện trở của cuộn cảm
Giá trị điện trở của cuộn cảm phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm:
- Loại cuộn cảm: Cuộn cảm âm tần có giá trị điện trở cao hơn cuộn cảm cao tần.
- Điện áp định mức: Cuộn cảm có điện áp định mức cao hơn sẽ có giá trị điện trở cao hơn.
- Độ tự cảm: Cuộn cảm có độ tự cảm cao hơn sẽ có giá trị điện trở cao hơn.
Lưu ý khi kiểm tra cuộn cảm
- Trước khi kiểm tra cuộn cảm, cần đảm bảo rằng cuộn cảm đã được ngắt kết nối khỏi mạch điện.
- Không chạm hai đầu que đo của đồng hồ vào cuộn cảm cùng một lúc.
- Không chạm vào cuộn cảm khi cuộn cảm đang hoạt động.
