انواع خازن و کاربردها

سهیل پناهی

خازن ها قطعات الکترونیکی غیر فعال (Pssive) هستند که در همه مدارها مورد استفاده قرار می گیرند. خازن ها در اشکال گوناگونی ساخته می شود و در بسیاری از صنایع نظیر مخابراتی، نظامی، الکترونیک و غیره مورد استفاده قرار می گیرد.  در این مقاله به بررسی خازن ها و مفاهیم مربوط به آن خواهیم پرداخت.

انواع خازن و کاربردها

خازن ها قطعات الکترونیکی غیر فعال (Pssive) هستند که در همه مدارها مورد استفاده قرار می گیرند. خازن ها در اشکال گوناگونی ساخته می شود و در بسیاری از صنایع نظیر مخابراتی، نظامی، الکترونیک و غیره مورد استفاده قرار می گیرد. در این مقاله به بررسی خازن ها و مفاهیم مربوط به آن خواهیم پرداخت.

خازن قطعات الکترونیکی هادی است که با حرف انگلیسی (C) نشان داده می شود که توانایی ذخیره کردن بار الکتریکی را دارد. خازن ها توسط یک عایق از هم جدا می شوند که جنس این صفحات از فلز است، یکی از کاربردهای خازن هموار کردن و منظم کردن تغیرات ولتاژ است، کاربرد بعدی خازن این است که به عنوان یک فیلتر از آنها استفاده مس کنند چون سیکنال متناوب را از خود عبور می دهند و مانع سیکنال های مستقیم می شوند. و کار بعدی خازن ذخیره کردن انرژی است

ظرفیت خازن

نمادی برای اندازه گیری قدرت نگهداری انرژی الکتریکی است، یعنی هرچی خازن توان بیشتری داشته باشد قدرت انرژی بیشتری هم ذخیره میکند که با نماد فاراد (F) نشان می دهند.

انرژی خازن

وقتی خازن بار الکتریکی پیدا می کند و ای بار ذخیره می شود را انرژی خازن می گویند به عنوان مثال یک باتری را در نظر بگیرید که دائما بارالکتریکی کوچکی از یکر صفحه خازن به صفه دیگر خازن می رود کی این فرایند باعث ذخیره شدن انرژی در خازن می شود.

ساختارخازن

ساختار خازن به دو دسته اصلی تقسیم می شود که شامل

صفحات هادی

هر وقت بین صفحات خازن عایق قرار بگیرد خازن درست می شود که معمولا از آلمینیوم، روی، نقره است

عایق بین هادی

بین عایق هاذی را با کاغذ یا پلاستیک ویا سرامیک پر می کنند که به عایق بین حرارتی معروف است.

حالا که با ساختار و کاربرد خازن ها آشنا شدیم به معرفی انواع خازن ها می پردازیم

انواع خازن

خازن ها به دو بقش اصلی تقسیم می شوند که عبارت است از

خازن ثابت

در این قسمت به انواع خازن های ثابت می پردازیم

خازن سرامیکی

خازنی است که از سرامیک ساخته شده می شود و توان تحمل ولتاژ بالایی را دارد که به شکل عدسی یا استوانه ای ساخته می شود یکی از معایب این نوع خازن ها این است که به تغیرات دما حساس است و با گرم شدن ما روند کارکرد آن تغییر می کند، در صنایع ای که از این نوع خازن ها استفاده می شود می توان به صنایع مخابراتی و رادیویی اشاره کرد.

خازن ورقه ای

این خازن از کاغذ و پلاستیک استفاده می شود که به دو دسته خازن کاغذی و پلاستیکی تثسیم می شود.

خازن میکل

از میکل (فلز، آلمینیوم) ساخته می شود و در یک قاب قرار داده می شود. ویژه گی این خازن ها ولتاژ بالا، عمر طولانی و کارکرد بالای آن است.

خازن الکترولیکی

همان خازن ثابت است اما بزرگ تر و ظرفیت بیشتر که به خازن شیمایی نیز معروف است و کاربرد گرسترده آن در مدار یکسو ساز است به عنوان فیلتر

خازن آلمینیومی

خازنی است که با دو ورق آلمینیومی تشکیل شده است و درون یک قاب قرار داده می شود.

خازن تانتالیوم

خازن تانتالیوم از فلزی به نام تانتالیوم استفاده می شود و به خاطر همین از ظرفیت بیشتری هم برخوردار است که از ویژه گی های آن می توان به

  • ابعاد کوچک تر
  • جریان نشتی کمتر
  • عمر طولانی

و از معایب آن می توان به

  • گرون بودن آن
  • حساس بودن بیش از حد
  • نداشتن قابلیت تحمل قوی را ندارند

خازن متغییر

خازینی است که می شود ظرفیت آن را بیشتر کرد با فاصله ایجاد کردن بین صفحات و نوع دیالکتریک

فاصله صفحات

عایق این نوع خازن ها یا هوا است یا پلاستیک که در گیرنده های رادیوی یا در فرکانس ایستگاه رادیوی استفاده می شود.

خازن ها به شکل دیگری هم تقسیم بندی می شوند که بر اساس ظاهر آن ها است که عبارت است از:

  • خازن تخت
  • خازن کروی
  • خازن استوانه ای

شارژ و دشارژ خازن

ایجاد ولتاژ به یک خازن باعث بارالکتریکی می شود که به این عمل شارژ خازن می‌گویند و اگر ولتاژ خازن به اندازه ولتاژ منبع برسد شارژ قطع می‌شود که در این حالت جریان صفر می شود دراین حالت اگرخازن را جدا کنیم ولتاژخود را حفظ می‌کند. هر یک از صفحات خازن از نظر بار الکتریکی خنثی هستند یعنی دره یک ازصفحات خازن تعداد الکترونها و پروتونها با هم برابر است. اما زمانی که یک منبع تغذیه ( DC ) به دو سر خازن متصل می شود الکترونها از قطب منفی منبع تغذیه و به طرف صفحه ای از خازن که به آن قطب متصل است شروع به حرکت می کنند در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه افزایش می یابد و همزمان همان تعداد الکترون از صفحه دیگر خازن به طرف قطب مثبت منبع تغذیه شروع به حرکت می کنند و تعداد الکترونهای آن صفحه کاهش می یابد به این ترتیب دراثرحرکت الکترونها، جریانی در مدارجاری می شود و گفته می شود خازن در حال شارژ شدن است. مقدار جریان مدار با ولتاژ دو سر خازن نسبت عکس دارد یعنی هر چه خازن بیشتر شارژ می شود، جریان مدار کاهش بیشتری می یابد. این روند تا آنجا ادامه می یابد که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ دو سر منبع تغذیه برابر شود و پس ازآن حرکت الکترونها متوقف شده و شارژ شدن خازن پایان می پذیرد. یعنی خازن به اندازه ولتاژ منبع تغذیه DC (جریان مستقیم در مدار را DC می نامند )شارژ می شود. همانطور که ملاحظه فرمودید در یک خازن شارژ شده یکی از صفحات خازن دارای بار منفی ( تراکم الکترون ) و صفحه دیگر دارای بار مثبت ( تراکم پروتون ) است و همانطور که می دانید بین بارهای ناهمنام نیروی جاذبه ای وجود دارد که این نیروی جاذبه سبب ایجاد یک میدان الکتریکی بین این بارها می شود که بین صفحات شارژ شده یک میدان الکتریکی ایجاد می گردد که به دلیل اینکه بارهای ساکن سبب ایجاد این میدان الکتریکی شده اند به آن میدان الکترواستاتیک گفته می شود. تحت تاثیر این میدان الکترونها تمایل دارند خود را از صفحه دارای بار منفی به صفحه دارای بار مثبت برسانده و با پروتونها ترکیب شوند، اما دی الکتریک بین صفحات خازن مانع این امر می شود و به این ترتیب یک انرژی الکتریکی توسط میدان الکترواستاتیک درخازن ذخیره می شود. البته همواره تعداد کمی ازالکترونها می توانند از دی الکتریک عبور کرده و خود را به بارهای مثبت صفحه مقابل برسانند و جریان خیلی ضعیفی را در دی الکتریک برقرار کنند که این را جریان نشتی خازن می گویند که مقدار آن بستگی به نوع دی الکتریک دارد و اگر خازن شارژ شده ای از مدار جدا گردد، در اثر همین جریان نشتی به مرور زمان دشارژ می شود و این همان اتفاقی است که برای باتری هایی که بدون استفاده شدن، پس از مدت زمانی غیر قابل استفاده می شوند می افتد. حال اگر دو پایه خازن شارژ شده و جدا شده از منبع تغذیه، به یکدیگر متصل شوند، الکترونها از صفحه دارای بارمنفی به سمت صفحه دارای بارمثبت حرکت کرده و سبب دشارژ شدن خازن می شوند. بنابراین هنگامی که خازن شارژ می شود ولتاژ دو سرآن افزایش می یابد و زمانی که خازن دشارژ می شود ولتاژ دو سرآن کاهش می یابد.

ظرفیت خازن

ظرفیت هر خازن نشان دهنده توانایی خازن در ذخیره کردن بار الکتریکی است که بنا به تعریف، ظرفیت خازن برابر است با مقدار بارالکتریکی که باید روی یکی از صفحات خازن جمع شود تا پتانسیل آن نسبت به صفحه دیگر به اندازه یک ولت افزایش یابد و به عبارت دیگر، حاصل تقسیم بار الکتریکی (Q) ذخیره شده روی هر یک از صفحات خازن بر اختلاف پتانسیل (V) میان دو صفحه را ظرفیت خازن گویند . ظرفیت خازن را با حرف ( C ) نمایش می دهند که از کلمه (Capacitance ) به معنی ظرفیت گرفته شده است. بنابراین میزان ذخیره شدن بارالکتریکی برروی صفحات خازن، به ظرفیت خازن بستگی دارد. یعنی در یک ولتاژ برابر، خازنی که ظرفیت کمتری دارد، بار کمتر و خازنی که ظرفیت بیشتری دارد، بار بیشتری را در خود ذخیره می کند. واحد اندازه گیری ظرفیت خازن فاراد است که از نام مایکل فاراده گرفته شده است و آن عبارت است از نسبت یک کولن بار ذخیره شده درهر یک از صفحات خازن به اختلاف پتانسیل یک ولت اتصال داده شده است به دو سر خازن .

هر چه فاصله بین صفحات یک خازن کمتر باشد، مقدار ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود و بر عکس، هر چه فاصله بین صفحات خازن بیشتر باشد، خازن ظرفیت کمتری خواهد داشت و این یعنی اینکه مقدار ظرفیت خازن با فاصله بین صفحات آن نسبت عکس دارد. علت این امر این است که هر چه فاصله بین صفحات خازن کمتر باشد، میدان الکترواستاتیک ایجاد شده بین دو صفحه خازن قوی تر می شود و درنتیجه تعداد بیشتری ازمولکولهای دو قطبی شده دی الکتریک در راستای میدان الکترواستاتیک بین صفحات خازن قرار می گیرند و این امر همانطور که قبلا گفته شد سبب افزایش ظرفیت خازن می شود.

ضریب حرارتی خازن

ظرفیتی که بر روی هر خازن می نویسند، ظرفیت آن خازن در دمای اتاق یعنی 25 درجه سانتی گراد می باشد و اگر درجه حرارتی که خازن در آن کار می کند از 25 درجه سانتی گراد بیشتر و یا کمتر شود، ظرفیت خازن تغییر خواهد کرد. بر همین اساس معمولا بر روی خازنها ضریب حرارتی خازن را درج می کنند که این ضریب نشان دهنده این است که با تغییر درجه حرارت، ظرفیت خازن چه تغییری می کند. اگر ضریب حرارتی خازن مثبت باشد، با افزایش درجه حرارت، سبب افزایش ظرفیت خازن می شود و کاهش درجه حرارت، سبب کاهش ظرفیت خازن می گردد. در صورتی که اگر ضریب حرارتی خازن منفی باشد، افزایش و کاهش درجه حرارت به ترتیب سبب کاهش و افزایش ظرفیت خازن می شود . البته به دلیل اینکه معمولا تغییرات درجه حرارت تاثیر ناچیزی برروی ظرفیت خازن می گذارد، در بسیاری از موارد ضریب حرارتی خازن مورد توجه قرار نمی گیرد و حتی بر روی بعضی از خازنها اصلا درج نمی شود.

نکات مهم در باره خرید خازن

خازن هم مانند تمام قطعات الکترونیک برای خرید و یا سفارش آن باید به نکات مهمی توجه کرد در بالا به کاربرد، انواع و ساختار آن پرداخیتم در اینجا به نکات مهم دیگری هم می پردازیم که باید توجه کرد

  • شکل و ظاهر خازن
  • تناسب سطح ولتاژ و قدرت خروجی یک خازن
  • هم خوانی با فیلتر های مدار
  • نصبت ترمینال یا سویچ خازن های وصل شده که کار آن ها اتصال بهتر سیم به خازن است

می توانید برای سفارش و یا خرید خازن روی لینک سفارش واردات قطعات الکترونیک کلیک کنید