Cuộn Cảm Là Gì? Khái Niệm, Ký Hiệu Và Nguyên Lý Của Cuộn Cảm

Cuộn cảm là một linh kiện điện tử thụ động đóng vai trò quan trọng trong hầu hết các mạch điện tử, từ những thiết bị đơn giản đến phức tạp. Nó có khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường và thể hiện tính chất đặc biệt gọi là cảm kháng. Chipstack sẽ giải thích chi tiết về cuộn cảm, bao gồm khái niệm, ký hiệu, nguyên lý hoạt động, phân loại và ứng dụng.

Giới thiệu về cuộn cảm

Khác với tụ điện, cuộn cảm không phải là một thành phần quá quen thuộc trong các mạch điện tử. Thực tế, nó có thể được coi là một thành phần khá phức tạp. Mặc dù cuộn cảm cũng có hai chân như tụ điện, nhưng cả hai chân đều không phân cực, bạn có thể cắm chúng theo bất kỳ chiều nào mà không ảnh hưởng đến hoạt động của mạch.

Cuộn cảm (hay cuộn từ, cuộn từ cảm) là một loại linh kiện điện tử thụ động được tạo ra bằng cách quấn một dây dẫn điện, thường là dây đồng bọc cách điện, thành nhiều vòng. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây, nó tạo ra một từ trường.

Độ tự cảm (hay từ dung) của cuộn cảm, ký hiệu là L và đo bằng đơn vị Henry (H), thể hiện khả năng lưu trữ năng lượng dưới dạng từ trường của cuộn cảm. Số vòng dây, vật liệu lõi và hình dạng của cuộn cảm đều ảnh hưởng đến giá trị điện cảm. Không gian bên trong các vòng dây có thể chứa lõi không khí, hoặc các vật liệu khác như ferrite hay sắt để tăng cường độ tự cảm. Cuộn cảm có hai đầu nối ra mạch, cho phép dòng điện đi vào và đi ra.

Ký hiệu cuộn cảm

Trong sơ đồ mạch điện, cuộn cảm được biểu diễn bằng một số ký hiệu khác nhau, tất cả đều dựa trên hình ảnh các vòng dây. Ký hiệu phổ biến nhất là một đường xoắn ốc. Để phân biệt loại lõi, ký hiệu có thể được bổ sung thêm các đường thẳng song song bên cạnh vòng dây. Một đường thẳng biểu thị lõi sắt, hai đường thẳng biểu thị lõi ferrite, và không có đường thẳng nào biểu thị lõi không khí.

Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm

Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Khi dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ tạo ra một từ trường xung quanh các vòng dây. Cường độ từ trường tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện nên cường độ dòng điện thay đổi, từ trường cũng thay đổi theo. Sự thay đổi này trong từ trường tạo ra một suất điện động (SĐĐ) cảm ứng trong cuộn dây, theo định luật Faraday. SĐĐ cảm ứng này có chiều ngược lại với sự thay đổi dòng điện ban đầu. Nói cách khác, cuộn cảm chống lại sự thay đổi dòng điện chạy qua nó. Tính chất này được gọi là cảm kháng. Cảm kháng càng lớn khi tần số của dòng điện thay đổi càng cao.

Xem thêm: Nguyên lý hoạt động của siêu tụ điện

Ứng dụng thực tế của cuộn cảm

1. Lọc nhiễu

Cuộn cảm có khả năng chặn các tín hiệu nhiễu tần số cao, trong khi cho phép tín hiệu DC và tần số thấp đi qua. Ứng dụng này rất quan trọng trong các mạch điện tử nhạy cảm với nhiễu, chẳng hạn như mạch âm thanh, mạch xử lý tín hiệu và mạch nguồn.

2. Lưu trữ năng lượng

Trong các bộ nguồn chuyển mạch, cuộn cảm được sử dụng để lưu trữ năng lượng. Khi dòng điện chạy qua cuộn cảm tăng lên, năng lượng được lưu trữ dưới dạng từ trường. Khi dòng điện giảm, năng lượng từ trường được giải phóng. Tính chất này hỗ trợ bộ nguồn chuyển mạch hoạt động hiệu quả hơn so với bộ nguồn tuyến tính truyền thống.

3. Khớp nối tín hiệu

Cuộn cảm có thể được sử dụng để ghép nối hoặc tách rời các tín hiệu giữa các tầng mạch. Trong mạch ghép nối, cuộn cảm cho phép tín hiệu AC đi qua, trong khi chặn tín hiệu DC. Ngược lại, trong mạch tách rời, cuộn cảm chặn tín hiệu AC, trong khi cho phép tín hiệu DC đi qua.

4. Tạo dao động

Kết hợp với tụ điện, cuộn cảm tạo thành mạch dao động LC, có khả năng tạo ra tín hiệu dao động với tần số xác định. Mạch dao động LC được sử dụng rộng rãi trong các mạch tạo sóng, mạch điều chỉnh tần số và các ứng dụng liên quan đến tần số.

5. Bộ cảm biến

Cuộn cảm được sử dụng trong nhiều loại cảm biến, chẳng hạn như cảm biến vị trí, cảm biến dòng điện, cảm biến áp suất và cảm biến kim loại. Sự thay đổi của từ trường xung quanh cuộn cảm, do sự thay đổi của môi trường xung quanh sẽ tạo ra sự thay đổi điện áp hoặc dòng điện, từ đó có thể được đo lường và sử dụng để phát hiện các thay đổi vật lý.

Xem thêm: Ứng dụng thực tế của cuộn cảm

Cuộn cảm đóng vai trò vô cùng quan trọng trong vô số ứng dụng điện tử. Hiểu rõ về nguyên lý hoạt động, các loại cuộn cảm, cũng như ứng dụng đa dạng của chúng là nền tảng kiến thức cần thiết cho bất kỳ ai hoạt động trong lĩnh vực điện tử, từ kỹ sư thiết kế mạch đến kỹ thuật viên sửa chữa. Sự phát triển không ngừng của công nghệ vật liệu và kỹ thuật chế tạo đang dẫn đến sự ra đời của các loại cuộn cảm mới với hiệu suất cao hơn, kích thước nhỏ gọn hơn và đáp ứng được các yêu cầu ngày của công nghệ hiện đại. Vì vậy, chúng ta cần tiếp tục nghiên cứu và tìm hiểu về cuộn cảmđể bắt kịp với những tiến bộ trong lĩnh vực điện tử.