Dòng điện DC và AC

Tìm hiểu dòng điện 1 chiều và xoay chiều

1) Dòng điện xoay chiều (AC):

Dòng điện AC tín hiệu hình Sin

AC là viết tắt của Alternating Current: Là dòng điện có chiều và giá trị biến đổi theo thời gian. Những biến đổi này thường có chu kỳ nhất định.

Có nghĩa dòng điện AC trong mạch chảy theo 1 chiều, rồi sau đó chảy theo chiều ngược lại và cứ tiếp tục đổi chiều như vậy.

Một điện áp AC thì có giá trị dương sang âm rồi tiếp tục đổi ngược lại.

Để đo lường sự thay đổi chiều nhanh hay chậm, người ta đưa ra khái niệm:

Tần số (hertz): Là số lần lặp lại trạng thái cũ trong 1 giây. Kí hiệu: F. Đơn vị Hz.

Chu kỳ: Là khoảng thời gian mà điện xoay chiều lặp lại ví trí cũ. Tính bằng giây (s): Kí hiệu T. T = 1/F

Đố bạn ở Mỹ, Châu Âu và Việt Nam sử dụng lưới điện có tần số bao nhiêu?

Tín hiệu tam giác

Như hình bên, tín hiệu điện hình tam giác gọi là tín hiệu AC vì biên độ điện áp thay đổi từ dương sang âm rồi lại dương và cứ lặp lại tiếp tục.

Một nguồn AC thì phù hợp cung cấp cho các thiết bị như đèn, các thiết bị đốt nóng như bếp điện, bàn ủi, bình nấu nước bằng điện... Nhưng tất cả các mạch điện lại yêu cầu một điện áp không đổi. Chính vì lý do này mà ta phải quan tâm đến cách mạch chỉnh lưu, ổn áp... Để biến từ một dòng điện thay đổi thành không đổi để sử dụng cho mạch điện.

2) Dòng điện một chiều (DC):

Dòng điện DC không đổi

DC là viết tắt của Direct Current: Hiểu một cách đơn giản là dòng điện chảy theo một hướng cố định, không hề thay đổi. Cường độ có thể tăng hoặc giảm nhưng không hề thay đổi chiều.

Một điện áp DC có giá trị luôn luôn là dương hoặc là âm. Giá trị có thể tăng hoặc giảm nhưng không bị thay đổi giữa dương và âm. Ví dụ: nguồn DC +5V vì lí do gì đó bị giảm giá trị xuống 3V hoặc 1V nhưng không thể là -1V.

Tín hiệu DC có gợn sóng

Các mạch điện thường yêu cầu một nguồn cung cấp DC có giá trị không đổi hoặc là tín hiệu DC có một chút gợp sóng như hình bên.

Các bộ nguồn, pin thì cung cấp điện áp DC không đổi, là sự chọn lựa tốt cho các mạch điện của chúng ta. Nguyên tắc chung của các bộ nguồn này là chuyển đổi điện áp AC lớn ngõ vào thành một điện áp AC nhỏ hơn. Tiếp đó thì sử dụng cầu diod để chuyển đổi AC thành DC kết hợp với các tụ có giá trị lớn ngõ ra để tạo ra điện áp DC ngõ ra với một chút gợn sóng. Tùy vào chất lượng nguồn mà giá trị DC ngõ ra có gợn sóng nhiều hay ít. Nhưng đa phần là đáp ứng tốt cho hầu hết các mạch điện.

Chú ý thêm là: Đèn, các thiết bị đốt nóng hay motor thì làm việc với bất kỳ nguồn DC nào. Khi cần nguồn cung cấp cho các thiết bị này thì xài nguồn có gợn sóng nhiều nhiều mà rẻ tí cũng được

3) Các thông số của một tín hiệu điện

Các thông số của một tín hiệu điện

Khi đề cập đến một tín hiệu điện thì ta có thể nói điện áp hoặc dòng điện của tín hiệu đó. Nhưng thường thì mọi người hay nói về điện áp.

Đồ thị điện áp theo thời gian như hình bên đã chỉ ra các thông số của điện áp xoay chiều này.

Tín hiệu là tín hiệu hình Sin.

Biên độ: Là điện áp cực đại của tín hiệu điện này.

Điện áp đỉnh đỉnh bằng 2 lần biên độ. Khi quan sát tín hiệu điện này trên màn hình oscilloscope, thường ta sẽ chú ý giá trị này.

Chu kỳ là thời gian để tín hiệu điện này lặp lại như cũ. Do tín lặp lại của tín hiệu điện hình Sin nên ta có thể đo: Khi tín hiệu này đạt biên độ dương và trong bao lâu nữa nó lại đạt biên độ dương thì thời gian đó là chu kỳ. Chú ý là biên độ dương nhé, nếu nói biên độ thôi thì không chính xác vì từ lúc nó đạt biên độ (dương) đến khi đạt biên độ 1 lần nữa (âm) thì mới có 1/2 chu kỳ. Và điều này càng dễ nhằm lẫn khi lấy mốc là lúc tín hiệu 0V thì nó đạt 0V lần 2 mới là 1 chu kỳ. Nhìn vào đồ thì bạn sẽ rõ. Đơn vị đo: s (giây).

Tần số là số chu kỳ trong 1s. Đơn vị đo là:  Hz (Hertz). 1kHz = 1.000Hz and 1MHz = 1.000.000Hz. 

4) Giá trị thực RMS:

Một điện áp AC thì thay đổi liên tục từ 0 V lên giá trị đỉnh rồi về 0 rồi lại giảm xuống đỉnh âm rồi lại trở về 0. Bạn cũng đó, hầu hết thời gian thì giá trị tức thời của nó bé hơn giá trị đỉnh. Do đó, thật khó để tín ra ảnh hưởng của nó tới các thiết bị điện. Nó đâu như điện áp DC  có giá trị không đổi, mỗi lần cần tín toán gì thì lấy giá trị không đổi ra mà tính.

Và để giải quyết vấn đề này, người ta đã đưa ra trị thực RMS (Root Mean Square). Với tín hiệu AC hình Sin này thì V_RMS = 0,7 V_đỉnh . Chú ý là hằng số 0,7 là của tín hiệu hình Sin, với các tín hiệu khác như hình hiệu vuông, tam giác..thì không phải là 0,7 mà có một giá trị khác. Điều này sẽ đề cập trong một bài viết khác.

Như đã nói: Người ta đưa ra trị thực này nhằm cho ta hiểu đơn giản hóa một tín hiệu AC thành một tín hiệu DC có giá trị không đổi. Trị thực của một tín hiệu AC thì gây ra ảnh hưởng tới các thiết bị điện như là một tín hiệu DC không đổi có biên độ tương đương. Xem ví dụ bạn sẽ hiểu hơn.

Ví dụ: Một bóng đèn được nối với 6V RMS AC sẽ sáng y như là được nối với một nguồn 6V DC không đổi.

Một điện trở được nối với một nguồn 12V RMS AC sẽ tỏa cùng một nhiệt lượng khi được nối với một nguồn 12V DC không đổi.

Và tất nhiên nếu bạn nối bóng đèn vào một nguồn AC có trị đỉnh là 6V thì sẽ ít sáng hơn là nối vào một nguồn 6V DC không đổi, vì khi này trị RMS của nguồn AC chỉ là 4,2V thôi.

Chú ý: Trị RMS không phải là giá trị trung bình, người ta gọi nó là giá trị thực (trị thực). Trị trung bình của tín hiệu Sin là 0V. Vì phần âm đối xứng phần dương và khử nhau.

Câu hỏi liên quan: 

1) Các đồng hồ đo điện chỉ ra giá trị gì của tín hiệu AC: trị thực hay trị đỉnh?

Trả lời: Các đồng hồ đo điện chỉ ra giá trị RMS của điện áp hoặc dòng điện bạn đang đo.

2) Khi nói nguồn 6V AC là đang nói 6V trị thực hay 6V trị đỉnh?

Đó là đang nói tới 6V trị thực. Khi bạn dùng đồng hồ đo điện đo điện áp đang sử dụng ở trong nhà, kết quả trên đồng hồ là 220V, đó là trị thực.