خازن چیست؟ چه کاربرد و انواعی دارد؟ و ویژگی هایی که در مورد آن نمی دانید.

خازن یک قطعه برقی است که انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند و از ۲ صفحه، فیلم یا لایه رسانا تشکیل شده که توسط ماده ای عایق از هم جدا می شوند و با اتصال به منبع تغذیه، شروع به شارژ شدن می کند. یکی از این صفحه یا پایه های رسانا شارژ منفی و دیگری شارژ مثبت دریافت می‌کند.

خازن برخلاف مقاومت جریان الکتریکی را تلف نمی کند، چون خاصیت نگهداری جریان و ذخیره سازی انرژی مناسبی را دارد. از اختلاف جریان پتانسیل بین شارژ الکتریکی در رساناهای خازن، خاصیت ذخیره سازی به وجود می آید. هرچه ۲ پایه رسانا به هم نزدیک تر و سطح مقطع آنها بیشتر باشد، ظرفیت خازن بالاتر است.

انواع متداول خازن ها

• خازن های صفحه سرامیکی یا عدسی

در این خازن ها از سرامیک به عنوان عایق برقی استفاده می شود. خازن سرامیکی با دو پایه فلزی که از پایین آن بیرون زده و فرم عدسی شکل، تولید می شوند. خازن سرامیکی قطبیت ندارد و با هر طرف می تواند روی مدار چاپی قرار گرفته و لحیم کاری شود. در این نوع خازن ها می توان از مقدار ذخیره سازی بالایی در ابعاد کوچک بهره برد، چون ماده عایق سرامیکی از خاصیت عدم رسانایی و ثبات بالایی برخوردار است. مقدار ذخیره سازی این خازن ها بین ۱ تا ۲ میکرو فاراد تا چند پیکوفاراد است ولی نرخ ولتاژ نسبتاً پایینی دارند.

کد ۳ عددی چاپ شده روی بدنه خازن برای شناسایی مقدار خازن به پیکوفاراد است و کدهای حرفی برای نشان دادن مقدار توان مقابله خازن هستند، مانند M= 20%- K= 10%- J= 5%. برای مثال خازن سرامیکی بالا با علائم ۱۵۴ نشان‌دهنده ظرفیت ۱۵.۴ پیکوفاراد یا nF۱۵۰ است.

• خازن الکترولیتی

این خازن ها معمولا برای مواقعی که حجم بالای ذخیره سازی لازم باشد استفاده می شوند. خازن های الکترولیتی معمولاً برای کاهش نوسان ولتاژ، عملیات‌های کوپلینگ و دی کوپلینگ کاربرد دارند. خازن الکترولیتی از ۲ فیلم نازک آلومینیومی و لایه اکسیدی به عنوان عایق ساخته شده اند. این خازن ها قطب دار هستند و در صورت اتصال اشتباه، امکان آسیب دیدگی یا ترکیدگی را دارند. خازن الکترولیتی توان تحمل گسترده داشته ولی در فرکانس های بالا عملکرد مناسبی ندارد.

• خازن تانتالیوم

از این‌ نوع خازن در توان تحمل معمول و متوسط استفاده می شود. خازن تاتتالیوم وقتی که اندازه فیزیکی و عملکرد مهم باشد، بهترین انتخاب است، اما توان کارکرد در ولتاژ و ظرفیت جریان بالا را ندارد. خازن های تانتالیوم قطب دار بوده و در شرایط تحت فشار امکان ترکیدگی دارند. این خازن برای استفاده به صورت بایاس معکوس، توان تحمل پایینی دارد.

علامت های روی خازن های تانتالیوم متصل به سطح مدار (surface mount) معمولا ۳ عددی هستند که عدد آخر ضریب تصاعد بوده و عدد اول و دوم اعداد اصلی اند. واحد اندازه ظرفیت شان پیکوفاراد است، پس خازن تانتالیومی که در شکل می بینید «۱۰ به توان ۶× ۴۷ pF» است

علامت های روی خازن تانتالیومی می توانند مانند تصویر زیر، به صورت مستقیم نیز نشان داده شود.

• خازن های میکا نقره ای

کاربرد این نمونه از خازن ها در بسیاری از مدارهای فرکانس رادیویی مانند اوسیلاتور (نوسان ساز) و دستگاه های فیلتر کننده امواج می باشد. خازن میکا نقره‌ای توان عملکرد بسیار بالایی داشته و با توان تحمل بالا، دمای کارکرد بسیار پایین نیز دارد. این خازن از الکترودهای نقره‌ای که مستقیماً به میکا چسبانده شده، تشکیل شده است. چند لایه بودن میکا باعث ایجاد سطح مناسبی از مقاومت شده و این خاصیت از سطحی که الکترودهای نقره آن را پوشانده اند، به وجود می آید.

تفاوت اصلی بین LCD و OLED چیست ؟
خواندن این مقاله

• خازن های فیلم دار

در این خازن ها لایه نازکی از پلاستیک به عنوان ماده عایق استفاده شده است. از خازن های فیلم دار به عنوان خازن های کم هزینه، کم مغناطیس و پایدار یاد می شود و در بسیاری از مدار مورد استفاده قرار می گیرند. خازن های فیلم دار قطبیت ندارند و برای استفاده سیگنال AC مناسب هستند. علاوه بر این ویژگی ها، خازن های فیلم دار دقت بالایی در ظرفیت نگهدارندگی خود دارند و بیشتر از دیگر خازن ها این ظرفیت را حفظ می کنند.

• خازن های متغیر

ظرفیت نگهدارندگی این خازن ها را بسته به نیاز می توان در بازه مشخصی تغییر داد. خازن های متغیر نیز از ۲ صفحه فلزی رسانا ساخته شده اند که میان این صفحات یکی ثابت و دیگری متحرک است. ظرفیت نگهدارندگی آنها بین ۱۰ تا ۵۰۰ پیکوفاراد متغیر است. از این خازن های متغیر استفاده های بسیاری می شود که می توان مدار های LC تنظیم در گیرنده های رادیویی و تطبیق دهنده امواج در آنتن ها را نام برد. ۲ نوع خازن متغیر وجود دارد که یکی خازن تیونینگ و دیگری خازن تریمر است

چهارچوب این خازن ها طوری طراحی شده است که برای استفاده از میکا به عنوان قسمت متحرک و استقرار دیگر صفحات ثابت، مناسب باشد. با کمک میله چرخنده میتوان صفحه را چرخاند، در حالیکه قسمت ثابت بی‌حرکت باقی بماند. وقتی که صفحه چرخنده به قسمت صحفه ثابت برسد، خازن در حداکثر ظرفیت نگهدارندگی خود قرار می گیرد و در بقیه حالت ها ظرفیت کمتر از ظرفیت حداکثر خازن متغیر خواهد بود.

این خازن ها ۳ پایه دارند که یکی به قسمت ثابت و دیگری به قسمت مسئول چرخش که چرخنده نام دارد متصل است. پایه سوم استفاده معمول مانند دیگر خازن ها دارد.

• خازن های قطب دار و غیرقطبی

وقتی صحبت از شارژ و تخلیه شارژ باشد، هر دوی این خازن ها عملکرد یکسانی دارند. ولی دیگر عواملی وجود دارد که این خازن ها را از یکدیگر متفاوت می سازد که در ادامه به آن ها می پردازیم.

مواد عایق متفاوت :

ماده عایق همان ماده ای است که بین دو صفحه رسانای خازن قرار می گیرد. خازن های قطب دار می توانند از الکترولیت بهره ببرند که مقدار نگهدارندگی بالاتری نسبت به خازن های دیگر با حجم مشابه دارد. اما خازن های قطب داری که با ماده الکترولیت مشابه و روش تولید مختلف ساخته شوند، می‌توانند مقدار نگهدارندگی متفاوتی داشته باشند. طریقه شناخت خازن های قطب دار و بدون قطب بسته به مشخصات ماده عایق آنها دارد، که این ماده معکوس پذیر باشد یا خیر.

ساختار متفاوت :

متداول ترین ساختار خازن های الکترولیتی به صورت گرد و استوانه ای است و به ندرت به صورت مربع دیده می شوند، همچنین خازن های غیر قابل رویت و پراکنده نیز وجود دارند که نباید در دستگاه‌های فرکانس بالا نادیده گرفته شوند.

محیط و طریقه مصرف متفاوت :

مواد درونی و ساختار خازن های قطب دار، ظرفیت و فرکانس بالایی را برای کارکرد آن فراهم می‌کند، که برای فیلتر کردن ولتاژ منبع تغذیه و دستگاه های مشابه انتخاب بسیار مناسبی است. اما خازن های فرکانس بالای بسیار مرغوبی نیز وجود دارند که به علت هزینه بالا مورد استفاده قرار نمی گیرند، مانند خازن های الکترولیتی تانتالیوم.

عملکرد متفاوت :

عملکرد حداکثری یکی از ضروری ترین معیارهای انتخاب یک خازن است. اگر منبع تغذیه تلویزیون از خازن های فیلم دار اکسید فلزی به عنوان فیلتر جریان‌برق استفاده می‌کند، ظفیت و توان مقابله با ولتاژ خازن باید با جریان ورودی برق و نیاز تلویزیون مطابقت داشته باشد، زیرا از یک منبع تغذیه بیشتر نمی توان درون محفظه تلویزیون استفاده کرد. بنابراین برای فیلتر کردن جریان، باید تنها با خازن های قطب دار استفاده کرد که نگهدارندگی این خازن ها معکوس نشدنی است.

معمولاً خازن‌های الکترولیتی بالاتر از ۱ میکروفاراد ظرفیت دارند که بهترین انتخاب برای استفاده در کوپلینگ، دی کوپلینگ و فیلتر کنندگی منبع تغذیه هستند. خازن های غیر قطبی معمولاً زیر ۱ میکروفاراد ظرفیت داشته که فقط برای استفاده‌های رزونانسی، کوپلینگ، تنظیم گر فرکانس و محدودسازی جریان کاربرد دارند. اما خازن های پر ظرفیت و ولتاژ بالای غیر قطبی نیز وجود دارد که عمدتاً برای متعادل کنندگی واکنش گرای برق، تعیین فاز موتور و تغییر فاز تبدیل گر فرکانس به کار گرفته می شوند.

تعرفه گمرکی واردات تجهیزات و قطعات ابزار دقیق
خواندن این مقاله

ظرفیت متفاوت :

ظرفیت خازن ها را معمولا نمی توان بر اساس حجم و اندازه فیزیکی آنها تخمین زد. برای مثال ۲ خازن هم اندازه از لحاظ فیزیکی، ممکن است ظرفیت‌های متفاوتی نسبت به ماده عایق به‌کاررفته داشته باشند.

استفاده های معمول خازن ها

اتصال AC / مسدود سازی DC :

این قطعه تنها اجازه عبور سیگنال AC به بخش‌های مختلف مدار را داده و هرگونه ولتاژ ثابت DC را مسدود می کند. آنها معمولاً برای مجزا کردن قطعات سیگنالی AC و DC به کار گرفته می شوند. در این روش باید اطمینان حاصل کرد که مقاومت متناوب(امپدانس) خازن به اندازه کافی پایین بوده و ولتاژ مشخص شده خازن باید بیشتر از نقطه حداکثری ولتاژ در طول مقاومت باشد. معمولاً خازن‌ها با مرز تعیین شده بیشتری تولید می‌شود تا  بتوانند در برابر ولتاژهای بالاتر نیز مقاومت کنند.

دی کوپلینگ منبع تغذیه

خازن ها برای جداسازی و قسمت بندی جزای مدار کاربرد دارند. جداسازی(دی کوپلینگ) وقتی انجام می‌شود که خط سیگنال ورودی از ترانسفورمر یا رِکتی فایر (یکسو کننده) گذشته باشد. در نتیجه جریان امواج خروجی صاف و یکنواخت نخواهد بود. این جریان بین صفر و نقطه اوج ولتاژ متغیر خواهد بود. اگر چنین جریانی به مدار وارد شود، غیر ممکن است که مدار به کار بیفتد، چون عموما به جریان ولتاژ DC نیز نیاز است.

فیلتر کردن نویز AC در مدار های DC

سیگنال های AC که به نقطه بایاس DC، ریل قدرت یا به دیگر نودهای نیازمند به سیگنال متغیر آزاد هستند برسند، باید توسط خازن حذف شوند. همچنین خازن ها باید توانایی مقابله با ولتاژ تامین شده را داشته، و در همان حال تامین کنندگی و کنترل مقدار نویز در خط جریان را نیز بر عهده دارند.

فیلتر کردن سیگنال صوتی

در نظر گرفتن توان عملکرد خازن ها در فیلتر کردن فرکانس های رادیویی، امری ضروری است. در فرکانس‌های پایین، عملکرد می تواند متفاوت باشد. خازن های سرامیکی به دلیل داشتن فرکانس خود رزونانسی بالا، بهترین کاربرد را در این زمینه دارند، به خصوص خازن های متصل به سطح مدار (SURFACE MOUNT) که بسیار کوچک بوده و پایه ای برای به وجود آمدن هرگونه اتصال نیز ندارد.

سوپر خازن چیست؟

از دیگر نام های این مدل، خازن ۲ لایه الکترولیتی یا فراخازن نیز می‌باشد. سوپرخازن می تواند مقدار انرژی بسیاری را در خود جای دهد، به طور دقیق بین ۱۰ تا ۱۰۰ برابر انرژی، نسبت به حجم مشابه با خازن های الکترولیت معمولی. این خازن ها محدودیت ولتاژ پایینی دارند که فاصله بین خازن الکترولیت و باتری های شارژی را پر میکند.

استفاده های معمول از سوپرخازن

  • توربین های بادی : سوپرخازن ها جریان برقی که توربین های بادی تولید می کنند را یکنواخت می کند.
  • موتور های برقی : موتورهای برقی که نیاز به صدها ولت انرژی دارند، از صدها سوپرخازن سری شده به عنوان منبع تغذیه استفاده می‌کند تا بتوانند حجم مورد نیاز انرژی را برای به حرکت در آوردن، تامین و ذخیره کنند.
  • خودروهای برقی و هیبریدی : در خودروهای برقی، استفاده از سوپرخازن‌ها در ذخیره موقت، هنگام‌ ترمزهای تجدید پذیر است. یعنی وقتی که ماشین متوقف می‌کند، به جای هدر رفتن انرژی، به طور مختصر و موقت انرژی در سوپرخازن ها ذخیره شده و بعد از حرکت مجدد خودرو، دوباره مصرف میشود.

تا اینجا با انواع مختلف خازن ها و کاربردشان آشنا شدید. اکنون می توانید بسته به نیاز خود خازن‌های مورد نظرتان را تهیه و در انواع مدارها و دستگاه ها استفاده کنید. به خاطر داشته باشید که همیشه می‌توانید در فروشگاه قطعات الکترونیکی هادی بان الکترونیک، قطعات الکترونیکی خود را به راحتی سفارش داده و با دریافت مشاوره های تخصصی، از گشت و گذار و هدر رفتن وقت ارزشمندتان برای پیدا کردن قطعه مناسب در بازار، جلوگیری کنید.

منبع : circuitbasics.com

اشتراک‌گذاری

دیدگاهتان را بنویسید

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