خازن ها،انواع و کاربرد

خازن یکی از اجزای مدارهای الکتریکی است که تقریبا در تمام تجهیزات الکترونیکی استفاده می شود.خازن در واقع دو صفحه فلزی است که به وسیله یک ماده عایق که دی الکتریک نامیده می شود از هم جدا شده اند.خازن در واقع یک منبع ذخیره انرژی در مدارات آنالوگ و دیجیتال است.تفاوت نوع خازن ها بستگی به نوع دی الکتریک بین صفحات دارد.در ادامه چند نوع از خازن های رایج را با هم بررسی می کنیم.

انواع خازن:

1)خازن فیلم(پلی استر):

خازن های فیلم رنج گسترده ای از انواع خازن های پرکاربرد است که تمایز آن ها مربوط به خواص دی الکتریک آن هاست.این خازن ها در هر ولتاژی تا حدود 1500 ولت و با تلورانس 10 درصد تا 0.01 درصد در مدارهای الکتریکی قابل استفاده هستند.

خازن های فیلم به طور ترکیبی در اشکال و سبک های مختلفی ساخته می شوند. دو نوع خازن فیلم، نوع سربی شعاعی و نوع سربی محوری وجود دارد.الکترودهای خازن های پرکاربرد فیلم از آلمینیوم یا روی بوده که یک طرف آن و یا هر دو طرف را بر روی پلاستیک فیلم قرار می دهند.

خازن های فیلم را گاهی اوقات خازن های پلاستیکی نیز می گویند؛ زیرا در آن ها از پلی استایرن، پلی کربنات یا تفلون به عنوان دی الکتریک  استفاده می شود. این نوع خازن ها به یک فیلم دی الکتریک ضخیم تر نیاز دارند تا خطر ایجاد سوراخ در آن را کاهش دهد. خازن های فیلم به نسبت سایر خازن های پرکاربرد بزرگتر و گرانتر هستند، پارامترهای الکتریکی پایدارتری دارند، قطبی نیستند بنابراین می توانند در برنامه های کاربردی ولتاژ AC استفاده شوند .

2)خازن های سرامیکی:

خازن های پرکاربرد سرامیکی بیشتر در مدارات فرکانس بالا RF کاربرد دارند.خازن های سرامیکی همچنین بهترین گزینه برای جبران فرکانس بالا در مدارهای صوتی هستند.این خازن ها از صفحات چینی یا سرامیکی با نقره ساخته شده و با تغییر ضخامت این دیسک ها می توان ظرفیت خازن را کم یا زیاد کرد.

این خازن های پرکاربرد در ظرفیت های مختلف پیکو فاراد تا 1 میکرو فاراد و محدوده ولتاژ چند ولت تا چندین هزار ولت مورد استفاده قرار می گیرند.خازن های سرامیکی نسبتا ارزان قیمت هستند و با انواع مختلف دی الکتریک ساخته می شوند.

3)خازن الکترونیکی:

خازن های الکترونیکی بیشترین خازن های پرکاربرد مورد استفاده در مدارهای الکتریکی هستند که ظرفیت تحمل گسترده ای داشته و تا 500 ولت نیز قابلیت استفاده دارند.خازن های الکترونیکی از دو ماده آلمینیوم و تانتالوم ساخته می شوند.

خازن های تانتالوم نسبت به نوع آلمینیومی جریان نشتی کم تر و قدرت خازنی بیشتری دارد که از آن در مدارهای فیلترینگ و مسدود کننده استفاده می شود.افزایش ضخامت فیلم اکسید آلمینیوم و افزایش ولتاژ شکست باعث افزایش ظرفیت خازن می شود.

4) خازن های متغیر:

ظرفیت یک خازن متغیر می تواند به صورت دستی و بارها تغییر داده شود. این نوع خازنها برای تنظیم فرکانس رزونانس در مدارهای LCاستفاده می شوند. برای مثال، برای تطبیق امپدانس در دستگاه های تیونر آنتن از خازن های پرکابرد متغیر استفاده می شود.

کاربرد خازن ها

خازن ها در هر دو مدارات الکتریکی و الکترونیکی کاربرد دارند. آنها در برنامه های کاربردی فیلترینگ، سیستم های ذخیره سازی انرژی، راه اندازهای موتور و دستگاه های پردازش سیگنال استفاده می شود.

چگونه ظرفیت خازن را تعیین کنیم؟

خازن ها از اجزای ضروری مدارهای الکترونیکی است که بدون آن عملکرد مدار تکمیل نمی شود.از خازن ها به عنوان بافر،وصل کننده و جداکننده سیگنال و یکسو سازی موج های AC در منابع تغذیه استفاده می شود.اندازه خازن های الکترولیتی بر روی آن ها نوشته شده است و تشخیص پین های آن تقریبا آسان است.معمولا در این خازن پین بزرگتر مثبت بوده و نوار مشکی در نزدیکی پین منفی قرار می گیرد.

در خازن های دیسک(عدسی) تنها یک عدد بر روی بدنه نوشته می شود و تعیین اندازه پیکو،نانو یا میکرو بسیار سخت است.برای بعضی از خازن ها ظرفیت را بر اساس uF  می نویسند و برای بعضی دیگر از یک کد EIA استفاده می کنند.در ادامه با روش های محاسبه ظرفیت خازن های پرکاربرد آشنا می شویم.

1)عدد نوشته شده بر روی خازن اگر بدون واحد باشد ظرفیت برحسب پیکو فاراد است. 8=8PF

2)اگر رقم سوم در عدد نوشته شده صفر باشد ظرفیت برحسب پیکو فاراد است. 100=100PF

3)برای ارقام سه رقمی رقم سوم نشان دهنده تعداد صفرها بعد از دو رقم اول است.104=10-0000PF

4)واحد های مختلف ظرفیت مانند پیکو،میکرو یا نانو را به راحتی با تبدیل واحد می توان تغییر داد.

بدون اغراق می توان گفت که بدون خازن نمی توان هیچ مدار الکتریکی پیشرفته ای را طراحی کرد.وقتی که الکترودهای خازن را به منبع تغذیه وصل می کنیم خازن تا ولتاژ کامل خود شارژ می شود و آن را نگه می دارد.

ظرفیت خازنی بستگی به سطح صفحات الکترود و فاصله بین آنها دارد. خازن دیسک دارای قطبیت نیست، به طوری که می توان آنها را به در دو جهت متصل کرد از این خازن عمدتا برای اتصال / جدا کردن سیگنال ها در مدار استفاده می شود.

برخلاف خازن های دیسک خازنهای الکترولیتی قطبش دارند،یعنی نحوه قرارگیری قطب ها در مدار مهم است به طوری که اگر قطب خازن تغییر کند، منفجر خواهد شد. خازن های پرکاربرد الکترولیتی عمدتا به عنوان فیلتر، بافر و غیره استفاده می شود.

تعیین مقدار ظرفیت خازن از طریق رنگ ها:

همانند خواندن مقدار مقاومت از روی رنگ های روی آن، خازن نیز ظرفیتش مشخص می شود.رنگ اول رقم اول،رنگ دوم رقم دوم،رنگ سوم تعداد صفرها بعد از دو رقم،رنگ چهارم مقدار تلورانس خازن و رنگ پنجم ولتاژ کاری خازن را نشان می دهد،رنگ قرمز ولتاژ 250 و رنگ زرد ولتاژ 400 ولت است.تلورانس و ولتاژ کاری دو فاکتور مهم هستند که در استفاده خازن در مدارات باید بررسی شوند.

• توجه داشته باشید از آنجایی که حفظ کردن اینگونه مطالب طاقت فرساست،مثال بالا نمونه ای از نحوه تشخیص ظرفیت و ولتاژهاری خازن های پلی استر و الکترولیت و عدسی یا سرامیکی بود،برای کسب اطلاع بیشتر از نحوه تشخیص کد تمامی تایپ های مختلف خازن ها می توانید از برنامه های آماده ای که موجود است بر روی گوشی هوشمند خودتان استفاده کنید.

• به عنوان مثالی از محاسبه ظرفیت خازن های عدسی و الکترولیت:

نکات خاص در استفاده از خازن های پرکاربرد:

• در مدارهای حساس مانند مدارهای نوسانگر بهتر است از خازن با کیفیت خوب مانند خازن تانتالیوم استفاده کنید.
• اگر خازن در مدار AC استفاده می شود، باید ولتاژ کار 400 ولت باشد.
• ولتاژ کار خازن الکترولیتی بر روی بدنه آن چاپ می شود. یک خازن با ولتاژ کاری سه برابر بیشتر از ولتاژ منبع تغذیه انتخاب کنید. به عنوان مثال، اگر منبع تغذیه 12 ولت باشد، از خازن 25 ولت یا 40 ولت استفاده کنید.
• برای مقاصد یکسو سازی، بهتر است یک خازن با ظرفیت بالا مانند 1000 uF استفاده کنید.
• در تامین برق مدار های صوتی، بهتر است از یک خازن 2200 uF یا 4700 uF استفاده کنید.
• جریان نشتی یکی دیگر از مشکلات استفاده از خازن های پرکاربرد است.بعضی از شارژرها حتی بعد از اینکه خازن به طور کامل شارژ شد بدون استفاده نیز نشتی خواهند داشت.این مساله بیشتر در مدارهای تایمر که زمان چرخه بستگی به زمان شارژ و دشارژ دارد.خازن های تانتالوم با داشتن جریان نشتی کم تر برای استفاده در این تایمرها مناسب تر هستند.
• برای آشنایی با سیمبل الکتریکی خازن و دیگر قطعات الکتریکی حتما این متن را مطالعه بفرمایید.