Sự khác biệt giữa tụ điện và cuộn cảm

Tụ điện là gì?

Tụ điện là thành phần điện, tương tự như điện trở và cuộn cảm, cản trở dòng điện trong mạch. Tuy nhiên, không giống như một điện trở tiêu tán dòng điện, một tụ điện lưu trữ năng lượng để bảo toàn điện áp trong mạch. Tụ điện sử dụng điện trường để lưu trữ năng lượng.

Cuộn cảm là gì?

Giống như tụ điện, cuộn cảm là thành phần điện được sử dụng trong mạch để cản trở những thay đổi trong dòng điện hoặc lọc ra các tần số nhất định. Một cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong một từ trường, bảo toàn dòng điện trên toàn mạch.

Sự khác nhau giữa tụ điện và cuộn cảm

1. Thiết kế vật lý của tụ điện so với cuộn cảm

Tụ điện có hai tấm dẫn điện thường được phân tách bằng vật liệu điện môi đóng vai trò là chất cách điện. Về lý thuyết, một khe hở không khí có thể tách rời các tấm, nhưng thiết kế này cực kỳ kém hiệu quả do mất năng lượng. Các loại tụ điện phổ biến bao gồm:

• Tụ gốm
• Tantalum tụ
• Tụ điện

Một cuộn cảm chỉ đơn giản là một dây, gần như luôn luôn cuộn, với hai thiết bị đầu cuối. Cuộn cảm có thể được ghép nối, có thể có vỏ đặc biệt và có thể có các vật liệu lõi khác nhau trong cuộn dây. Các cuộn cảm nhỏ nhất có xu hướng lớn hơn nhiều so với các tụ điện nhỏ nhất vì dây cuộn chiếm không gian lớn hơn nhiều so với các lớp mỏng của các tụ điện. Tuy nhiên, cuộn cảm gắn trên bề mặt đã trở nên nhỏ hơn nhiều để phù hợp với các thiết bị nhỏ như điện thoại di động. Một số loại cuộn cảm điển hình bao gồm:

• Cuộn cảm đa lớp
• Cuộn cảm
• Cuộn cảm đúc
• Cuộn cảm RF
• Trò chuyện
• Cuộn cảm bề mặt

2. Loại trường lưu trữ trong tụ điện so với cuộn cảm

Tụ lưu trữ năng lượng trong một điện trường.

Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong một từ trường.

3. Điện áp so với hiện tại

Trong một tụ điện, năng lượng được tính theo điện áp. Điện áp được xác định là chênh lệch năng lượng tiềm năng giữa hai bản tách biệt. Một tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp bằng cách lưu trữ năng lượng trong điện trường được tạo ra bởi các tấm và khe hở. Khi một dòng điện được áp dụng cho mạch, điện tích tích lũy trên các bản của tụ điện. Do đó, điện áp không thể thay đổi ngay lập tức trên một tụ điện.

• Một dòng điện không thể đi qua các bản của một tụ điện.

Trong một cuộn cảm, năng lượng được tính theo dòng điện. Một cuộn cảm chống lại sự thay đổi trong dòng điện trong mạch. Khi một dòng điện không đổi được chạy qua cuộn cảm, một từ trường được tạo ra. Là một tính chất của từ trường, khi dòng điện tăng hoặc giảm đột ngột, dòng điện trong từ trường sẽ thay đổi theo hướng ngược lại. Điều này chống lại, hoặc cản trở, sự thay đổi dòng điện trên toàn mạch. Cuộn cảm ngăn dòng điện thay đổi ngay lập tức.

• Một dòng điện có thể đi qua dây của một cuộn cảm, nhưng nó sẽ tạo ra một từ trường giống như vậy.

4. Dòng điện AC và DC

Nếu một dòng điện xoay chiều được đặt vào một mạch có tụ điện và điện trở, điện áp (hoặc EMF) sẽ tụt lại phía sau dòng điện (phụ thuộc vào điện dung và tần số), bởi vì tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp. Nếu một mạch điện một chiều được áp dụng thay thế, dòng điện sẽ bắt đầu cao và phân rã thành 0. Trong trường hợp này, điện tích trên tụ tích lũy khi dòng điện tiếp tục cho đến khi chênh lệch tiềm năng trong tụ điện quá lớn so với lực đối nghịch với dòng điện.

Nếu một dòng điện xoay chiều được đặt vào mạch có cuộn cảm và điện trở, dòng điện sẽ tụt lại phía sau điện áp (phụ thuộc vào độ tự cảm và tần số), bởi vì cuộn cảm chống lại sự thay đổi của dòng điện. Với một dòng điện một chiều được áp dụng, dòng điện sẽ bắt đầu xuống thấp và tăng về trạng thái ổn định, như là một nghịch đảo của tụ điện. Điều này xảy ra bởi vì từ trường trong cuộn cảm chống lại sự thay đổi đột ngột của dòng điện xảy ra khi dòng điện một chiều bật. Khi tắt dòng điện, từ trường sẽ chống lại sự thay đổi một lần nữa.

5. Tần số của tụ điện và cuộn cảm

Tụ điện là tốt nhất để thực hiện các tín hiệu tần số cao. Chúng có thể được sử dụng để chặn tín hiệu tần số thấp hoặc nhiễu. Kích thước của tụ điện có thể thay đổi dải tần số được lọc ra và có thể kết hợp các kích thước khác nhau của tụ điện.

Cuộn cảm dẫn điện tốt nhất ở tần số thấp và lọc tín hiệu và dao động tần số cao. Cuộn cảm có thể được sử dụng song song với tụ điện để hạn chế phạm vi tần số trong mạch.

6. Ứng dụng của tụ điện và cuộn cảm

Bởi vì các tụ điện dẫn tốt ở tần số cao, chúng thường được sử dụng trong các nguồn cung cấp điện cao áp, nơi chúng có thể lọc tiếng ồn. Theo truyền thống, chúng đã được sử dụng trong các tình huống cần mức điện dung và mức năng lượng rất lớn, chẳng hạn như trong radar. Chúng cũng được sử dụng cho các thiết bị điện tử như radio sử dụng tín hiệu dao động, trong đó một tấm của tụ điện có thể phóng điện và tấm kia có thể sạc ngay lập tức. Các tụ điện cũng thường được đặt bên cạnh các vi mạch để chặn nhiễu từ tín hiệu DC; trong trường hợp này, chúng là tụ điện ghép.

Cuộn cảm là phổ biến trên nhiều loại thiết bị điện tử hiện đại. TV, radio và bugi đều được sử dụng hàng ngày cho cuộn cảm. Trong trường hợp tần số hoặc cộng hưởng là quan trọng, cuộn cảm có thể được kết hợp với tụ điện và điện trở để khuếch đại hoặc hạn chế dao động trong mạch. Cuộn cảm truyền thống thường quá lớn để sử dụng với các vi mạch hiện đại, nhưng cuộn cảm gắn trên bề mặt đang được sản xuất đủ nhỏ cho các thiết bị điện tử ngày nay. Các loại cuộn cảm khác có khả năng bổ sung, như việc sử dụng cuộn cảm ghép trong máy biến thế.

Bảng khác biệt giữa tụ điện và cuộn cảm

Đặc tính	Tụ điện	Cuộn cảm
Lĩnh vực lưu trữ	Điện trường	Từ trường
Chống lại điện áp hoặc hiện tại	Vôn	Hiện hành
Tiến hành một hiện tại	Không	Đúng
Dòng điện xoay chiều	Độ trễ điện áp	Độ trễ hiện tại
Dòng điện một chiều	Giảm hiện tại theo thời gian	Tăng hiện tại theo thời gian
Tần số tốt nhất để dẫn	Tần suất cao	Tần suất thấp

Tóm tắt tụ điện so với cuộn cảm

• Tụ điện và cuộn cảm là các thành phần điện tương tự cản trở dòng điện trong mạch; Không giống như một điện trở, họ lưu trữ năng lượng thay vì tiêu tán nó.
• Một tụ điện lưu trữ năng lượng trong một điện trường, trong khi một cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong một từ trường.
• Tụ điện chống lại sự thay đổi điện áp và dòng điện không đi qua chúng; cuộn cảm chống lại sự thay đổi trong hiện tại và hành vi.
• Tụ điện hoạt động tốt nhất ở tần số cao và cuộn cảm hoạt động tốt nhất ở tần số thấp; chúng có thể được kết hợp để lọc các tín hiệu hoặc tần số không mong muốn.