مقدمه:

قبل از اینکه وارد دنیای  الکترونیک شویم باید به مجموعه‌ای از قطعات   نظیر خازن بپردازیم تا درک درستی از مفاهیم فوق داشته باشیم.در این جلسه به آن می پردازیم

خازن :

 خازن یه قطعه است که کارش ذخیره ولتاژ میباشد. انواع مختلفی هم دارند که در زیر بهشون اشاره میکنم.

شارژ خازن :

اگه به خازن منبع تغزیه وصل کنی یا در مدار قرارش بدی شارژ میشه ؛ یعنی بار الکتریکی درش ذخیره میشه.(بهش منبع ولتاژ وصل میکنیم)

نحوه دشارژ خازن(خالی کردن خازن از ولتاژ) : منبع تغذیه رو از مدار جدا میکنیم

AC & DC  : 

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

خازن چیست

خازن یه قطعه است که در مدارها مقداری انرژی الکتریکی رو ذخیره میکنه و بعدا آزاد میکنه؛ انواع مختلفی هم دارند که در زیر بهشون اشاره میکنم.

 

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.

در این رابطه :

C ظرفیت بر حسب فاراد
Q بار ذخیره شده برحسب کولن
V اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
k (بدون یک)  ثابت دی‌الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ ۱=K
A سطح خازن بر حسب m²
d فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر(m)

چند نکته

۱) آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت  به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن   (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.

۲) بار الکتریکی ذخیره شده در آن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد.

۳) ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد.

۴) ظرفیت  با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی‌الکتریک (K) نسبت مستقیم دارد.

۵) ثابت زمانی خازن :

مدت زمانی که طول می کشد تا خازن شارژ شود با مدّت زمانی که طول می کشد تا خازن دشارژ شود با هم برابراست، که به آن ثابت زمانی خازن گفته می شود .

۶) پلاریته خازن :

انواعی از خازنها هستند که پایه مثبت و منفی آنها مشخّص است که به آن پلاریته می گویند و موقع استفاده این خازنها به رعایت پلاریته آنها توجّه می شود

وگرنه خراب خواهند شد، در بعضی موارد حتّی منفجر می شوند یا می ترکند.

۷) مقاومت خازنی یا راکتانس :

خازن ها وقتی در مداری مورد استفـــــاده قرار می گیرند، از خودشان یک مقاومتی نشان میدهند که به این مقاومت، راکتانس یا مقاومت خازنی گفته می شود.

(که این موضوع رو در مطلبی که برا بحث فیلتر ها میخوام در آینده بزارم تو سایت قرار میدم یا به همین مطلب اضافه میکنم…موضوع جالبی هستش )

 

شارژ و دشارژ خازن

شارژ(پر کردن) و دشارژ( تخلیه )

۱) اگر آن را در یک مدار قرار بدیم یا به یه منبع ولتاژ وصل کنیم ، بعد از مدتی خازن پر شده (حداکثر ولتاژ خودش رو ذخیره کرده) و دیگر جریانی از خود عبور نمیدهد.

(این از ویژگی های یه خازن هستش-حالا چرا اینطوریه خودم هم نمیدونم )

۲) برای دشارژ کردن خازنی که در مدار است اگه منبع ولتاژ رو قطع کنیم بعد مدتی خازن تخلیه میشود.

البته میتوان با زدن دو پایه آن به هم این کار رو کرد که خیلی هم سریع تره.

توجه : البته اگه ظرفیت خازن بالا بود این کار رو نکنید ؛ مثل اینه که فاز و نول برق خونتون رو به هم وصل کنید !!!

 

رفتار خازن در جریان متناوب و مستقیم

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

 

انیمیشن نحوه عملکرد  و اجزای داخلی 

 

 

سری و موازی کردن

برای یاد گرفتن نحوه سری کردن و موازی کردن خازن ها

(یعنی یاد بگیرید این خازن هایی که با هم سری یا موازی هستن رو چطور به یک خازن تبدیل کنید و مقدار معادلشون رو محاسبه کنید )

انواع خازن بر حسب ثابت یـا متغیر بودن ظرفیت

خب اگه تازه با این قطعه آشنا شدید نیازی نیست این قسمت رو بخونید و خودتون رو گیج و خسته کنید الکی.

 خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت آن ها را تغیییر داد: “فاصله صفحات” ، “سطح صفحات” و “نوع دی الکتریک”.

اساس کار آن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات آن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد.

این قطعات متغیر شان عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند.

محدوده ظرفیت واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است.

از این قطعه در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود “واریابل” می نامند ،

نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن “تریمر” گویند.

 

خازنهای ثابت

این قطعات دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند.

خازن های ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند.

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.

انواع خازن ثابت

خازنهای سرامیکی

خازن 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 ۱/۰ میکرو فاراد است.

این نوع  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 آن تغییر می‌کند.

از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

 

خازنهای ورقه‌ای

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

این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند : خازن کاغذی و خازن پلاستیکی

 

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 این هر سه بصورت لوله ، پیچیده شده اند و داخل یک استوانه قرار می گیرند .

خازنهای پلاستیکی

/>در این نوع  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 .

از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع  از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات  (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود .

در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود.

ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین ۰۱/۰ تا ۱ 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.

خازنهای 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 نوع را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند.

که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت آن می‌شوند.

برخلاف نمونه عدسی ، این قطعات دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند.

روی بدنه آن کنار پایه منفی ، علامت –  نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .

نمونه الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند.

خازن آلومینیومی

این ها 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

در این نوع به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا ۳ برابر) سبب می‌شود.

نمونه تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند.

 

 

نتیجه:

در مبحث گفته شده  نسبت به خازن آشنایی پیدا کرده و دانستیم که چند نوع خازن وجود دارد و مفهوم آن آشنا شدیم

امیدواریم خازن زندگیتون همیشه شارژ باشه و از آموزش لذت برده باشید .

هر گونه سوال داشتید در کپشن همین پست بنوسید تا ما خیلی زود جواب بدیم

یادتون نره سر به اینستاگرام و تلگرام ما بزنید