Bài giảng Điện tử căn bản - Bài 3: Cuộn dây

I ./ Tổng quát : Bài 3: CUỘN DÂY Cuộn cảm gồm 1 dây điện quấn nhiều vòng liên tiếp nhau trên một lõi. Lõi có thể là không khí (ống rỗng) là sắt bụi hay sắt lá. 1/. Cấu Tạo – Ký hiệu: Hình 1a Hình 1b Hình 1c Hình 1d Hình 1e Hình 1f Hình 1g b. Hình dạng - ký hiệu : L L L L Cuộn dây lỏi không khí Cuộn dây lỏi sắt bụi Cuộn dây lỏi sắt lá Cuộn dây lỏi sắt lá điều chỉnh được L Cuộn dây lỏi sắt bụi điều chỉnh được Hình 1: Hình dạng và ký hiệu cuộn cảm Cuộn cảm lõi sắt lá thường dùng trong mạch điện tần số thấp, lõi sắt bụi cho tần số cao và lõi không khí cho tần số rất cao. Hình 2: Cuộn cảm trong ĐTDD 2./ Cách đọc giá trị cuộn dây: a. Cách ghi bằng vòng màu: Cuộn dây cũng sử dụng nguyên tắc ghi vạch màu như điện trở. Cách đọc như đọc điện trở. Tuy nhiên đơn vị của cuộn dây là µH. Vòng màu thứ 1 ghi số thứ nhất Vòng màu thứ 2 ghi số thứ hai Vòng màu thứ 3 chỉ hệ số nhân Vòng màu thứ 4 chỉ hệ số sai số b. Cách ghi bằng chấm màu: Chấm màu nhỏ thứ 1: Số thứ nhất Chấm màu nhỏ thứ 2: Số thứ hai Chấm màu lớn: Hệ số nhân 3./ Các thông số kỹ thuật của cuộn dây: Khi sử dụng cuộn dây ta cần quan tâm đến các thông số do nhà sản xuất qui định 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). Ngoài ra còn có các đơn vị ước số khác như: + 1mH = 10-3 H. + 1µH = 10-6H. a. Hệ số tự cảm: b. 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). c. 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 của cuộn dây. II. Hiện tượng cảm ứng điện từ: 1. Định luật Faraday: Phát biểu Định luật Faraday : Nếùu có từ thông  biến thiên qua cuộn dây thì hai đầu cuộn dây sẽ sinh ra Sức điện động cảm ứng. Sức điện động cảm ứng tỷ lệ với tốc độ biến thiên của từ thông  và số vòng quấn của cuộn dây . ứng = n d dt c. Biểu thức : Trong đó:  N : Số vòng dây  D : Độ biến thiên của từ thông Định luật Lenz : Quy tắc tổng quát để tìm chiều của dòng điện cảm ứng đã được Viện sĩ Nga Emili - Khrixtianovits - Lenx (1804 - 1865) nêu ra vào năm 1833. Phát biểu định luật Lenz : Khi có từ trường biến thiên qua cuộn dây thì trong cuộn dây sinh ra dòng điện cảm ứng. Chiều của dòng điện ứng là chiều của dòng điện chạy trong cuộn dây đềû tạo ra từ trường chống lại từ trường sinh ra nó . Ứng dụng các định luật: 1. Máy biến áp: 21 2 1 N N U U  U 1.I1 = U2. I2 c. Các tỷ số về điện áp, dòng điện và tần suất : Trong đó: U1: Điện áp cuộn sơ cấp. U2: Điện áp ra cuộn thứ cấp. N1: Số vòng dây cuộn sơ cấp. N2: Số vòng dây cuộn thứ cấp. Công suất tiêu thụ ở thứ cấp là P2 = U 2.I 2, công suất nguồn cung cấp ở sơ cấp là P1= U 1.I 1 Nếu xem máy biến áp không có tổn hao trên cuộn dây trong mạch từ (lý tưởng) thì ta có: P2 = P1 => Thông thường hiệu suất máy biến áp cao nhất vào khoảng : Max = P2/P1 x 100 % = 80  95 % Cuộn cảm được dùng làm phần tử cảm kháng trong mạch điện với công thức : fLX L 2 2. Micro điện động : 3.Loa điện động : t L e R U i   3 1 L Đ - + K 2 III. Đặc tính của cuộn dây: 1. Đặc tính của cuộn dây đối với điện một chiều (DC): Ta lắp mạch thí nghiệm như hình vẽ dưới đây: Ban đầu, khoá K đặc ở vị trí 2, cuộn dây và bóng đèn không có dòng điện chạy qua nên đèn (Đ) không sáng . Bậc khoá K về vị trí 1, cuộn dây ghép nối tiếp với bóng đèn được nối với nguồn U. Nguồn U sinh ra dòng điện I chạy trong mạch có xu hướng tăng lên đột ngột từ giá trị 0 đến giá trị xác lập là U/R (R là điện trở của bóng đèn) làm từ thông trong lòng cuộn dây biến thiên và do đó xuất hiện trong cuộn dây dòng điện tự cảm chống lại sự tăng của dòng điện, chiều của dòng điện tự cảm IL ngược với chiều của dòng điện I làm cho dòng điện I không thể tăng ngay đến giá trị xác lập và do đó bóng đèn (Đ) từ từ sáng lên . Dòng điện tự cảm iL được tính theo công thức: Ta có một nguồn điện một chiều có điện thế là U. Một cuộn dây có điện cảm là L được mắc nối tiếp với một bóng đèn (Đ). Giả sử điện trở của cuộn dây là không đáng kể (RL = 0). Qua công thức tính dòng điện tự cảm iL và suất điện động tự cảm uLtrên đây, ta thấy rằng chúng đều giảm theo hàm số mũ. Còn dòng điện tức thời I chạy trong mạch thì tăng theo hàm số mũ. Sau thời gian là 5 thì dòng điện trong mạch đạt giá trị xác lập I = U/R nên dòng điện tự cảm và suất điện động tự cảm không còn nữa (vì từ thông trong lòng cuộn dây không còn biến đổi nữa), lúc này đèn (Đ) sáng ổn định (như khi đèn Đ được mắc trực tiếp vào nguồn U). Khi chuyển khoá K về vị trí 3, cuộn dây và bóng đèn được ngắt khỏi nguồn U. Dòng điện I chạy trong mạch có xu hướng giảm đi đột ngột từ giá trị xác lập là U/R về già trị 0 làm sinh ra trong lòng cuộn dây một từ thông biến thiên và do đó xuất hiện dòng điện tự cảm, dòng điện tự cảm iL cùng chiều với dòng điện I (Để chống lại sự giảm của dòng điện I ) làm cho dòng điện I không thể giảm ngay về 0 được mà do đó bóng đèn (Đ) loé sáng hơn và sau đó mờ dần, sau thời gian 5 thì iL biến mất, đèn tắt hẳn. Dòng điện và suất điện động tự cảm cũng giảm dần theo hàm số mũ. 2. Đặc tính của cuộn cảm đối với điện xoay chiều (AC): Dòng điện AC có giá trị biến thiên liên tục theo thời gian nên khi dòng điện AC đi qua cuộn dây thì trên cuộn dây sẽ sinh ra một dòng điện tự cảm chống lại sự biến thiên của dòng AC. Do đó khi dòng điện AC qua cuộn dây sẽ bị cản trở bởi dòng điện tự cảm, đại lượng đặc trưng cho sự cản trở đó gọi là cảm kháng XL. Cảm kháng XL của cuộn dây được tính theo công thức: XL = 2fL Trong đó: XL:Cảm kháng của cuộn dây, đơn vị là  F:Tần số. Đơn vị là Hz. L:Điện cảm của cuộn dây, đơn vị là H Đ K L 110V - + a) Hình 3.5 Ở hình 3.5a: khi đóng khoá K thì đèn Đ sáng dần lên rồi sáng rõ hẳn (xem “đặc tính của cuộn dây đối với dòng DC). Đối với dòng DC không có tần số nên X = 0. Ở hình 3.5b: khi đóng khoá K thì đèn Đ sáng dần lên rồi sáng ổn định nhưng sáng yếu hơn trong trường hợp ở hình 3.5a. Chứng tỏ rằng trong cuộn dây có một sức cản đối với dòng điện xoay chiều, người ta gọi sức cản đó là cảm kháng XL. Ở hình 3.5c: khi đóng khoá K thì đèn Đ sáng dần lên rồi sáng ổn định, độ sáng yếu hơn hai trường hợp trước. Đ K L 110V 50Hz b) L 110V 50Hz K c)