آرشیو بلاگ, الکترونیک

خازن چیست و انواع آن

خازن ها

خازن:

خازن یک قطعه الکتریکی است که در مدارها مقداری انرژی الکتریکی را در خود ذخیره میکند و در زمانی دیگر آزاد میکند؛ 

خازن ها انواع مختلفی دارند.

ظرفیت خازن:

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.

ظرفیت خازن

 C ظرفیت خازن بر حسب فاراد
 q بار ذخیره شده برحسب کولن
 v اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت

ثابت زمانی خازن:

به مدت زمانی که یک خازن شارژ ویا دشارژ میشود ثابت زمانی گویند

پلاریته خازن:

برخی از خازن ها دارای یک پایه منفی و یک پایه مثبت هستند که هنگام اتصال به مدار توجه به پایه آنها اهمیت بسیار دارد به این پایه ها اصطلاحا پلاریته گویند.

 مقاومت خازنی یا راکتانس :

هنگامی که یک خازن در مداری مورد استفـــــاده قرار می گیرد، ازخود مقاومتی نشان میدهد که به این مقاومت، راکتانس یا مقاومت خازنی گفته می شود.

فرآیند شارژ و دشارژ یک خازن:

در لغت شارژ شدن به معنای اتصال یک خازن به یک منبع ولتاژ به اندازه V بوده و دشارژ شدن اتصال یک خازن پر به بخشی از مدار و تغذیه از آن است.
خازنی که کاملا پر شده باشد دیگر جریانی از خود عبور نمیدهد.
توجه: از اتصال یک خازن شارژ شده به یک مدار بدون منبع خازن مربوطه در مدت ثابت زمانی خود دشارژ میشود راه دیگر دشارژ سریع یک خازن اتصال کوتاه دوپایه آن به یک دیگر است که در برخی خازن ها بدلیل ظرفیت بالا این کار پیشنهاد نمیشود.

خازن ها در اتصال AC  و DC :

خازن در جریان متناوب(AC)  ، جریان را عبور داده و فرآیند شارژ یا  دشارژ انجام می شود  ولی در جریان مستقیم(DC)  سریعا شارژ شده و جریان را عبور نمی دهد.

انواع خازن ها:

1. خازن های ثابت

 

1-1 سرامیکی

2-1 ورقه ای

3-1 میکا

4-1 الکترولیتی

– آلومینیومی

– تانتالیوم

2. خازن های متغیر

1-2 ورایبل (Variable)

2-2 تریمر (Trimmer)

انواع تقسیم بندی خازن ها :

الف) بر اساس شکل ظاهری:
1. مسطح

2. کروی

3. استوانه ای

ب) بر اساس دی الکتریک آنها:

1. کاغذی

2. الکترونیکی

3. سرامیکی

4.متغیر

5.کروی

ج) بر اساس مقدار:

– ثابت

– متغیر

حال توجه شما را به توضیحاتی مختصر راجب انواع خازن ها جلب میکنیم.

 

خازن ثابت:

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ، الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم  (Film) را نام برد؛ اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند.

خازن متغیر : 

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: “فاصله صفحات” ، “سطح صفحات” و “نوع دی الکتریک”. اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند.
محدوده ظرفیت خازنهای ورایبل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.
نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود “ورایبل ” می نامند و نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن “تریمر” گویند.

الف) خازنهای سرامیکیخازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین ۵ پیکو فاراد تا ۱ میکرو فاراد است.این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است.
عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند.
از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

سرامیکی

نحوه خواندن مقدار ظرفیت یک خازن سرامیکی:
در خازن های عدسی معمولاً عددی ۱، ۲ یا ۳ رقمی بر روی بدنه آنها درج شده است که مقدار ظرفیت این نوع خازن را مشخص می کنند و نحوه تشخیص ظرفیت بدین صورت است :
اگر عدد ۱ یا ۲ رقمی بر روی بدنه این خازنها درج شده بود همان عدد مقدار ظرفیت خازن بر حسب پیکو فاراد(pF) است و اگر عدد ۳ رقمی بر روی بدنه آنها نوشته شده بود، (مثلاً ۲۲۳) دو رقم سمت چپ را می نویسیم (یعنی ۲۲) و به جای شماره رقم سمت راست صفر می گذاریم (یعنی ۲۲۰۰۰) و این عدد بیانگر مقدار خازن بر حسب pF است.

ب) خازنهای ورقه‌ای

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود.

ب-1 خازن کاغذی

خازن کاغذی

خازنهای کاغذی به دلیل ارزان بودن و اندازه کوچکشان مورد استفاده فراوان قرار می گیرند . جنس دی الکتریک آنها کاغذ آغشته به پارافین است و در ولتاژ پیش از ۶۰۰ ولت مورد استفاده قرار می گیرند . صفحات این خازنها به صورت نوارهای صاف و طویل از جنس ورقه های قلع است . کاغذ آغشته به پارافین بین دو صفحه ، حکم دی الکتریک را دارد و بصورت  لوله ای، پیچیده شده اند و داخل یک استوانه قرار می گیرند .

ب-2 خازنهای پلاستیکی

خازن پلی استر

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند ، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها “پلی استر” گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

ج) خازنهای میکا:

خازن میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 0.01 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

د) خازنهای الکترولیتی

خازن الکترولیتی

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است.نام دیگر این خازنها، شیمیایی است؛ علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند.
روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت –  نوشته شده و مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج میشود.

انواع خازن الکترولیتی بر حسب جنس مواد:

  • خازن آلومینیومی :

خازن الومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود “آند” نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

  • خازن تانتالیوم :

خازن تانتالیومی

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا ۳ برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند.

شماتیک خازن ها در مدار ها

شماتیک

 

author-avatar

درباره احمد اسلامی فر

مهندس احمد اسلامی فر متولد 15 بهمن سال 1376 کارشناس الکترونیک و دبیر اسبق انجمن علمی مهندسی برق دانشکده مهندسی دانشگاه آزاد اسلامی واحد دزفول می باشد. وی از سال 1388 فعالیت تخصصی خود را در زمینه رباتیک آغاز و دارای مقام های اول تا چهارم شهرستانی ، استانی و کشوری بوده و به 3 سال نیز به عنوان مربی و سرگروه تیم رباتیک فعالیت داشت است همچنین با توجه به علاقه شخصی خود از سال 1394 نیز به صورت تخصصی در زمینه تدریس دوره های مکالمه زبان انگلیسی در موسسات آزاد و پژوهشسرای فرهیختگان به فعالیت و تربیت دانش آموزان پرداخته است. برخی از سوابق علمی ایشان به شرح زیر است - دبیر انجمن علمی دانشگاه آزاد اسلامی از سال 1395 تا 1399 - مربی و سرتیم رباتیک و پژوهشگر محصل از سال 1390 الی 1395 - شرکت مستمر در نمایشگاه های شهرستانی از سال 1389 تا سال 1395 - حضور و شرکت در مسابقات رباتیک شهرستانی ،استانی و کشوری از سال 1388 تا سال 1395 و ... همچنین ایشان در زمینه تحقیقات و مقالات نیز فعالیت داشته و دارای تعدادی مقاله در ژورنال ملی می باشد.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *