Cuộn Cảm - Điện Tử Cơ Bản

Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động dùng để chứa từ trường. Cuộn cảm được cấu tạo bởi 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.

1 - Cuộn cảm

1.1 -  Cấu tạo của cuộn cảm.
Cuộn cảm 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 .

 

Cuộn dây lõi không khí  Cuộn dây lõi Ferit

Ký hiệu cuộn dây trên sơ đồ :   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

1.2 -  Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm.

a) 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.

L = ( µr.4.3,14.n².S.10^-7 ) / l

Trong đó: 

• L : là hệ số tự cảm của cuôn dây, đơn vị là Henrry (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 .

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

ZL = 2.3,14.f.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

Thí nghiệm về cảm kháng của cuộn
dây với dòng điện xoay chiều

* Thí nghiệm trên minh họa:
Cuộn dây nối tiếp với bóng đèn sau đó được đấu vào các nguồn điện 12V nhưng có tần số khác nhau thông qua các công tắc K1, K2 , K3 , khi K1 đóng dòng điện một chiều đi qua cuộn dây mạnh nhất ( Vì  ZL = 0 ) => do đó bóng đèn sáng nhất, khi K2 đóng dòng điện xoay chỉều 50Hz đi qua cuộn dây yếy hơn ( do ZL tăng ) => bóng đèn sáng yếu đi, khi K3 đóng , dòng điện xoay chiều 200Hz đi qua cuộn dây yếu nhất ( do ZL tăng cao nhất) => bóng đèn sáng yếu nhất.

=> Kết luận : Cảm kháng  của cuộn dây tỷ lệ với hệ số tự cảm của cuộn dây và tỷ lệ với tần số  dòng điện xoay chiều, nghĩa là dòng điện xoay chiều có tần số càng cao thì đi qua cuộn dây càng khó, dòng điện một chiều có tần số f = 0 Hz vì  vậy với dòng một chiều cuộn dây có cảm kháng ZL = 0

c) Điện trở thuần của cuộn dây.

Điện trở thuần của cuộn dây là điện trở mà ta có thể đo được bằng đồng hồ vạn năng, thông thường cuộn dây có phẩm chất 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.

1.3 -  Tính chất nạp , xả của cuộn cảm 
* Cuộn dây nạp năng lương : Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức

W = L.I ² / 2

Trong đó: 

• W : năng lượng ( June )
• L : Hệ số tự cảm ( H )
• I dòng điện.

Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây.

Ở thí nghiệm trên : Khi K1 đóng, dòng điện qua cuộn dây tăng dần ( do cuộn dây sinh ra cảm kháng chống lại dòng điện tăng đột ngột ) vì vậy  bóng đèn sáng từ từ, khi K1 vừa ngắt và K2 đóng , năng lương nạp trong cuộn dây tạo thành điện áp cảm ứng phóng ngược lại qua bóng đèn làm bóng đèn loé sáng
=> đó là hiên tượng cuộn dây xả điện.

2 - Loa và Micro

2.1 -  Loa  ( Speaker )
Loa là một ứng dụng của cuộn dây và từ trường.

Loa 4Ω - 20W  ( Speaker )

Cấu tạo và hoạt động của Loa ( Speaker )

Cấu tạo của loa :

Loa gồm một nam châm hình trụ có hai cực lồng vào nhau , cực N ở giữa
và cực S ở xung quanh, giữa hai cực tạo thành một khe từ có từ trường
khá mạnh, một cuôn dây được gắn với màng loa và được đặt trong khe từ,
màng loa được đỡ bằng gân cao su mềm giúp cho màng loa có thể dễ dàng
dao động ra vào.

Hoạt động :
Khi ta cho dòng điện âm tần ( điện xoay chiều từ 20 Hz => 20.000Hz )
chạy qua cuộn dây, cuộn dây tạo ra từ trường biến thiên và bị từ trường
cố định của nam châm đẩy ra, đẩy  vào làm cuộn dây dao động =>
màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.

Chú ý : 
Tuyệt đối ta không được đưa dòng điện một chiều vào loa , vì dòng điện một chiều chỉ tạo ra từ trường cố định và cuộn dây của loa chỉ lệch về một hướng rồi dừng lại, khi đó dòng một chiều qua cuộn dây tăng mạnh ( do không có điện áp cảm ứng theo chiều ngược lai ) vì vậy cuộn dây sẽ bị cháy .

2.2 - Micro

Micro

Thực chất cấu tạo Micro là một chiếc loa thu nhỏ, về cấu tạo Micro giống loa nhưng Micro có số vòng quấn trên cuộn dây lớn hơn loa rất nhiều vì vậy trở kháng của cuộn dây micro là rất lớn khoảng 600Ω (trở kháng loa từ 4Ω - 16Ω) ngoài ra màng micro cũng được cấu tạo rất mỏng để dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào.
Loa là thiết bị để chuyển dòng điện thành âm thanh còn micro thì ngược
lại , Micro đổi âm thanh thành dòng điện âm tần.

2.3 - Rơ le  ( Relay)

Rơ le

Rơ le cũng là một ứng dụng của cuộn dây trong sản xuất thiết bị điện tử, nguyên lý hoạt động của Rơle là biến đổi dòng điện thành từ trường thông qua quộn dây, từ trường lại tạo thành lực cơ học thông qua lực hút để thực hiện một động tác về cơ khí như đóng mở công tắc, đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động vv...

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Rơ le

3 - Biến áp 

3.1 - Cấu tạo của biến áp.
Biến áp là thiết bị để biến đổi điện áp xoay chiều, cấu tạo bao gồm một cuộn sơ cấp ( đưa điện áp vào ) và một hay nhiều cuộn thứ cấp ( lấy điện áp ra sử dụng) cùng quấn trên một lõi từ có thể là lá thép hoặc lõi  ferit .

Ký hiệu của biến áp

3.2 -  Tỷ số vòng / vol của bién áp .

Gọi  n1 và n2 là số vòng của quộn sơ cấp và thứ cấp. 
U1 và I1 là điện áp và dòng điện đi vào cuộn sơ cấp

• U2 và I2 là điện áp và dòng điện đi ra từ cuộn thứ cấp.

Ta có các hệ thức như sau :

U1 / U2 = n1 / n2 
Điện áp ở trên hai cuộn dây sơ cấp và thứ cấp tỷ lệ thuận với số vòng dây quấn.

U1 / U2 = I2 / I1 
Dòng điện ở trên hai đầu cuộn dây tỷ lệ nghịch với điện áp, nghĩa là nếu ta lấy ra điện áp càng cao thì cho dòng càng nhỏ.

3. 3 - Công xuất của biến áp .

Công xuất của biến áp phụ thuộc tiết diện của lõi từ, và phụ thuộc vào tần số của dòng điện xoay chiều, biến áp hoạt
động ở tần số càng cao thì cho công xuất càng lớn.

3.4 - Phân loại biến áp .

* Biến áp nguồn và biến áp âm tần:

 

Biến áp nguồn  Biến áp nguồn hình xuyến

Biến áp nguồn thường gặp trong Cassete, Âmply .. , biến áp này hoạt động ở tần số điện lưới 50Hz , lõi biến áp sử dụng các lá  Tônsilic hình chữ E và I ghép lại, biến áp này có tỷ số vòng / vol lớn.

Biến áp âm tần sử dụng làm biến áp đảo pha và biến áp ra loa trong các mạch khuyếch đại công xuất âm tần,biến áp cũng sử dụng lá Tônsilic làm lõi từ như biến áp nguồn, nhưng lá tônsilic trong biến áp âm tần mỏng hơn để tránh tổn hao, biến áp âm tần hoạt động ở tần số cao hơn , vì vậy có số vòng vol thấp hơn, khi thiết kế biến áp âm tần người ta thường lấy giá trị tần số trung bình khoảng 1KHz - đến 3KHz.

* Biến áp xung  & Cao áp .

 

Biến áp xung Cao áp

Biến áp xung là biến áp hoạt động ở tần số cao khoảng vài chục KHz như biến áp trong các bộ nguồn xung , biến áp cao áp . lõi biến áp xung làm bằng ferit , do hoạt động ở tần số cao nên biến áp xung cho công xuất rất mạnh, so với biến áp nguồn thông thường có cùng trọng lượng thì biến áp xung có thể cho công xuất mạnh gấp hàng chục lần.