Giải thích tại sao cuộn cảm chặn dòng cao tần

Xuất bản ngày 02/09/2018 - Tác giả: Thanh Long

Hướng dẫn trả lời câu hỏi 3 trang 14 sách giáo khoa công nghệ lớp 12: Tại sao cuộn cảm lại chặn được dòng điện cao tần và cho dòng điện một chiều đi qua?

Mục lục nội dung

Câu hỏi: Tại sao cuộn cảm lại chặn được dòng điện cao tần và cho dòng điện một chiều đi qua?

Trả lời

Khi cho dòng điện 1 chiều đi qua cuộn cảm nó giống như chạy qua một dây dẫn kim loại [có điện trở nhỏ].  Khi cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm , cuộn cảm có cảm kháng [do hiện tượng tự cảm]. Ta có: ZL = ωL = 2πfL Ta thấy dòng điện cao tần có f >> lớn [f →∞] suy ra ZL →∞.

Do có cảm kháng lớn nên cản trở dòng diện cao tần coi như =0.

Khi cho dòng điện 1 chiều đi qua cuộn cảm nó giống như chạy qua một dây dẫn kim loại [có điện trở nhỏ]. 

Khi cho dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm, cuộn cảm có cảm kháng [do hiện tượng tự cảm]. Ta có:

ZL = ωL = 2πfL

Ta thấy dòng điện cao tần có f >> lớn [f →∞] suy ra ZL →∞.

Do có cảm kháng lớn nên cản trở dòng diện cao tần coi như =0.

Tại sao cuộn cảm chặn dòng điện tần số cao và vượt qua dòng điện một chiều?

Tại sao cuộn cảm chặn dòng điện tần số cao và vượt qua dòng điện một chiều? Câu trả lời cho câu hỏi này trong vật lý là gì? Tìm hiểu trong Thư viện câu hỏi và câu trả lời!Tại sao cuộn cảm chặn dòng điện tần số cao và vượt qua dòng điện một chiều? Đây là câu hỏi được rất nhiều người quan tâm khi nhắc đến hiện tượng tự cảm. Điều này được giải thích như thế nào? Hãy cùng Thư viện hỏi đáp tìm hiểu nhé!Cuộn cảm là gì?Ý tưởngCuộn cảm [hoặc cuộn dây từ, cuộn cảm] là một thiết bị điện tử thụ động được sử dụng để lưu trữ từ trường. Thiết bị gồm một cuộn dây quấn trên lõi sắt nhiều vòng. Lõi bên trong của dây dẫn có thể là không khí hoặc vật liệu dẫn điện.

Khi một dòng điện chạy qua nó, một từ trường được hình thành. Từ trường này sinh ra cảm ứng để dừng sự thay đổi dòng điện trong cuộn dây. Độ tự cảm [hoặc điện dung] của cuộn cảm L được đo bằng đơn vị Henry [H].

Vai trò của cuộn cảmTrong các mạch điện tử, cuộn cảm là một thiết bị được sử dụng để:Dẫn dòng điện một chiều, chặn dòng điện xoay chiều.Kết hợp hoặc song song với tụ điện để tạo thành mạch cộng hưởng, điều chỉnh thiết bị truyền thanh như tivi, radio …Trong mạch điện, cuộn cảm chặn dòng điện cao tần.Như bạn thấy, cuộn cảm đóng một vai trò vô cùng quan trọng trong hoạt động của các mạch điện tử. Điều này làm cho các thiết bị này hoạt động ổn định.Cuộn cảm chặn dòng điện cao tần vì?Cuộn cảm chặn dòng điện tần số cao do điện áp đầu vào cao.Vậy dòng điện cao tần là gì? Dòng điện tần số cao trong tiếng Anh – “high frequency current”. Đây là dòng điện tần số cao [f] từ 10.000 Hz [Hz] trở lên.Tại sao cuộn cảm chặn dòng điện tần số cao và vượt qua dòng điện một chiều?

Cuộn cảm chặn dòng điện cao tần và truyền dòng điện một chiều vì: Khi dòng điện một chiều chạy qua cuộn cảm, bây giờ ta có thể hình dung là dòng điện chạy qua vật dẫn kim loại có điện trở nhỏ. Nếu điện trở thấp, dòng điện một chiều sẽ đi qua dễ dàng.

Và nếu dòng điện xoay chiều đi qua cuộn cảm, vì cuộn cảm có độ tự cảm. Độ tự cảm là giá trị đặc trưng cho cảm kháng của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều, ta có công thức sau:ZL = 2πfLTrong đó chúng tôi có:ZL là cuộn cảm có đơn vị là Ω.f là tần số dòng điện, Hz.L là độ tự cảm của cuộn dây, một là Henry [H].Sở dĩ cuộn cảm có thể chặn dòng điện cao tần là do các yếu tố sau:Theo công thức hệ số tự cảm đã cho ở trên, ta có: ZL = 2πfL.Nếu là dòng điện một chiều chạy qua có tần số [f = 0 Hz] thì ZL = 0 Ohm. Cảm kháng không cản được dòng điện một chiều.Nếu dòng điện tần số cao chạy qua, tần số f sẽ rất cao, do đó ZL cũng rất cao. Do đó, cuộn cảm chặn dòng điện tần số cao đi qua.Cuộn cảm có qua AC không?Cuộn cảm không vượt qua dòng điện xoay chiều. Đối với dòng điện xoay chiều, dòng điện trong cuộn dây tạo ra từ trường và điện trường khác nhau. Điện trường này vuông góc với từ trường tạo ra.Lúc này, giá trị của độ tự cảm của cuộn dây sẽ phụ thuộc vào sự thay đổi của tần số xoay chiều. Cảm kháng ngăn cản dòng điện xoay chiều đi qua,Ảnh hưởng của cảm kháng trong mạch lọc nguồnẢnh hưởng của cảm kháng trong mạch lọc nguồn:Hầu hết các bộ nguồn trong các mạch điện tử công nghiệp đều có tụ điện và cuộn cảm được dùng làm bộ lọc. Bộ lọc trên mạch cấp nguồn sẽ giảm gợn sóng đến mức điện áp đầu ra một chiều gần như là một đường thẳng hoặc một chiều thuần túy.

Trong một số mạch mà điện áp DC được chuyển đổi trở lại AC, điều quan trọng là tất cả các dấu vết của tần số ban đầu của điện áp đầu vào được loại bỏ.

Biết rằng cuộn cảm có tần số càng lớn thì giá trị của cuộn cảm càng lớn. Nhờ nguyên lý này mà người dùng có thể sử dụng các linh kiện để lọc nhiễu bộ nguồn một cách hiệu quả.Đồng thời, công dụng của cuộn cảm còn thể hiện ở chỗ nó là bộ phận quan trọng để kết nối mạch cộng hưởng. Người dùng có thể ghép nối tiếp hoặc song song tùy theo nhu cầu.

Như vậy, bài viết trên đã cung cấp những thông tin cần biết về cuộn cảm và vai trò của chúng đối với cuộc sống. Ngoài giải thư viện câu hỏi thường gặp, chúng tôi mong rằng sau bài viết các bạn sẽ có thêm kiến ​​thức và hiểu biết về công dụng của thiết bị điện này!

# tại sao # cuộn dây # cuộn cảm # giới hạn # dòng điện # dòng điện # cao # tần số # và # đối với # dòng điện # chuyển hướng # thông số

Câu hỏi: Tại sao cuộn cảm lại chặn được dòng điện cao tần và cho dòng điện một chiều đi qua?

Trả lời

Cuộn cảm chặn được dòng điện cao tần và cho dòng điện một chiều đi qua vì:

Cảm kháng của cuộn cảm XL = 2πfL.

- Nếu là dòng điện một chiều [f = 0 Hz], lúc này XL=0 Ω. Cuộn cảm không cản trở dòng điện một chiều.

- Nếu là dòng điện cao tần có tần số f rất lớn nên XL rất lớn cản trở dòng điện cao tần đi qua.

Kiến thức mở rộng về cuộn cảm:

1. Cuộn cảm là gì?

Cuộn cảmlà một linh kiện điện tử thụ động được cấu tạo từ một dây dẫn được quấn thành nhiều vòng, lỏi của dây dẫn có thể là không khí hoặc vật liệu dẫn từ. Đặc biệt, khi dòng điện chạy qua sẽ sinh ra từ trường. Đơn vị đặc trưng của là độ tự cảm Henry, ký hiệu là H, đơn vị đo cảm ứng điện L trong cuộn H.

Cuộn cảm[haycuộn từ,cuộn từ cảm] là một loạilinh kiện điện tử thụ độngtạo từ một dây dẫn điện với vài vòng quấn, sinh ratừ trườngkhi códòng điệnchạy qua. Cuộn cảm có mộtđộ tự cảm[haytừ dung] L đo bằng đơn vịHenry[H]

2. Cấu tạo & Phân loại 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 tầnbao 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.

Cấu tạo & Phân loại cuộn cảm

Phân loại theo hình dáng ta có loại cắm và loại dán, phân loại theo cấu tạo ta có loại có lõi và loại không lõi, phân loại theo ứng dụng ta cócuộn cảmcao tần và âm tần. Tuy có nhiều loại nhưng tất cả các loạicuộn cảmđều mang tính chất chung của cuộn dây cảm ứng điện từ.

3. Nguyên lý hoạt động cuộn cảm

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 mộtđiện trởcó 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.

4.Thông số kỹ thuật

Khi sử dụngcuộn cảmta cần quan tâm đến các thông số, hệ tự cảm, nội trở cuộn dây, khả năng chịu dòng điện.

Hệ số tự cảm: là đại lượng đặc trưng của cuộn dây khi nó đáp ứng với từ trường và điện trường.Đơn vị tính là Henry, viết tắt là [H]

Nội trở của cuộn dây: là giá trị điện trở của dây dẫn tạo nên cuộn dây. Ký hiệu là [ R]. Trong ngành điện tử dân dụng các cuộn dây được sử dụng thường có hệ số tự cảm nhỏ nên điện trở nội rất nhỏ. Do đó, các cuộn dây không ghi giá trị nội trở [ xem như nội trở bằng 0 ].

Khả năng chịu đựng dòng điện: Khi hoạt động sẽ có dòng điện đi qua cuộn dây. Nếu dòng điện đi qua cuộn dây quá lớn sẽ làm đứt cuộn dây nên người ta quy định dòng điện cực đại củacuộn cảm.

Hiện tượng cảm ứng điện từ – đặc trưng của cuộn cảm

Định luật Faraday: Nếu có từ thông biến thiên qua cuộn dây thì hai đầu cuộn dây sẽ sinh ra Suất điện động cảm ứng. Suất điện động cảm ứng tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông và số vòng quấn củacuộn cảm.

5. 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

• 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= 2.314.f.L

• Trong đó : ZLlà cảm kháng, đơn vị là Ω
• f : là tần số đơn vị là Hz
• L : là hệ số tự cảm , đơn vị là Henry

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.

d. 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.I2/ 2

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

6. Tính chất của cuộn cảm

Để hiệu rỏ về tính chất của nó, chúng ta xem sơ đồ sau đây:

Trong trường hợp đầu tiên, mở công tắc, dòng điện I đi qua cuộn dây. Lúc này, trong cuộn dây sẽ sinh ra từ trường. Khi I tăng, các đường sức từ đi qua cuộn dây được tăng lên do đó từ thông Φ cũng tăng lên. Sự biến thiên từ thông này sinh ra dòng điện cảm ứng Ic1. Dòng điện cảm ứng này sinh ra từ trường cảm ứng có xu hướng chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Nguyên nhân sinh ra nó là sự gia tăng của từ thông Φ, do đó chiều của từ trường cảm ứng phải ngược chiều với từ trường do dòng điện I sinh ra. Áp dụng quy tắc bàn tay phải, ta có thể xác định được chiều của dòng điện cảm ứng IC1. I tăng càng lớn thì IC1càng nhỏ. Do đó, trong mạch điện này thì dòng điện I sẽ đi qua cuộn dây rồi trở lại nguồn mà không đi qua LED cho nên đèn không sáng. Quan sát sơ đồ sau:

Dòng điện đi qua cuộn cảm, LED không sáng

Tiếp theo, khi ta tắt công tắc, làm cho I giảm dẫn đến các đường sức từ quacuộn cảmgiảm. Sự biến thiên từ thông này sinh ra dòng điện cảm ứng IC2. Dòng điện cảm ứng này có chiều chống lại nguyên nhân sinh ra nó. Nguyên nhân sinh ra nó là sự sụt giảm của từ thông, do đó chiều của từ trường cảm ứng phải cùng chiều với dòng điện I sinh ra. Áp dụng quy tắc bàn tay phải ta có thể tìm được chiều của dòng điện cảm ứng IC2, đây chính là nguyên nhân làm cho LED sáng sau đó tắt.

Dòng điện đi qua cuộn cảm, LED sáng sau đó tắt

Cách đọc giá trị cuộn cảm

Cách ghi bằng vòng màu: Cuộn dây cũng sử dụng nguyên tắc ghi, vạch màu như điện trở. Cách đọc cũng như đọc điện trở. Tuy nhiên đơn vị của nó là μH.

Các vòng màu trong cuộn cảm

Cách ghi bằng chấm màu:

Cuộn cảm ghi hệ số bằng chấm màu

7. Công dụng của cuộn cảm

Cuộn cảm lọc nhiễu

Ứng dụng củacuộn cảm là gìtrong thực tế? Cuộn cảm được con người ứng dụng để lọc nhiễu. Cũng giống như tụ điện và điện trở cuộn cảm được sử dụng trong nhiều các bộ lọc tần số như: Bộ lọc cao, thông thấp hay bộ lọc loại bỏ băng tần.

Cuộn cảm được ứng dụng trong loa

Ứng dụng trong loa

Loa là một trong những ứng dụng của cuộn cảm và từ trường. Loa được cấu tạo gồm một nam châm hình trụ với hai cực lồng vào nhau. Cực N nằm giữa

2 cực S, giữa hai cực của nam châm tạo thành một khe từ có từ trường mạnh. Màng loa được gắn một cuộn cảm và được đỡ bằng gân cao su mềm khiến màng loa có thể dễ dàng dao động ra vào.

Nguyên lý hoạt động của cuộn cảm trong loa

Khi có dòng điện xoay chiều từ 20Hz – 20.000Hz [dòng điện âm tần] đi qua cuộn cảm, khiến cuộn cảm tạo ra từ trường biến thiên, đồng thời dưới tác động của từ trường cố định của nam châm đẩy ra, đẩy vào khiến cho cuộn dây dao động làm màng loa dao động theo và phát ra âm thanh.

Micro

Xét về cấu tạo thực chất micro như một chiếc loa thu nhỏ, micro và loa có cấu tạo giống nhau tuy nhiên trên cuộn cảm của micro có số vòng quấn lớn hơn loa rất nhiều. Do đó kháng trở của cuộn cảm micro rất lớn rơi vào khoảng 600Ω, trong khi đó trở kháng loa chỉ từ 4Ω – 16Ω. Bên cạnh đó màng micro được cấu tạo rất mỏng để có thể dễ dàng dao động khi có âm thanh tác động vào.

Rơ le [Relay]

Rơ le cũng là một ứng dụng của cuộn cảm trong sản xuất thiết các thiết bị điện tử. Rơ le hoạt động dựa trên nguyên lý là thông qua cuộn cảm biến đổi dòng điện thành từ trường. Sau đó từ trường sẽ tạo thành lực cơ học bằng cách thông qua lực hút để tiến hành một động tác về cơ khí như: Đóng mở công tắc hay đóng mở các hành trình của một thiết bị tự động…