انواع خازن
خازن یک قطعه است که برای ذخیره انرژی الکتریکی (ولتاژ) توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در مدارها استفاده میشود و با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره میشود، میتوان از آن برای ایجاد یک میدان الکتریکی یکنواخت و پایدار استفاده کرد. از خازنها به عنوان فیلتر نیز استفاده میکنند، زیرا سیگنالهای متناوب یا AC را به راحتی عبور میدهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم یا DC میشوند. واحد ظرفیت خازن فرادا است.
ظرفیت خازن طبق فرمول زیر بدست میآید:
C=kε0 A/d
برای معرفی ظرفیت خازن از واحدهای کوچکتر استفاده میکنند. واحدهای کوچکتر به صورت زیر هستند:
میلی فاراد :3-ˆ10 F
میکرو فاراد: 6-ˆ10 F
نانو فاراد: 9-ˆ10 F
پیکو فاراد: 12-ˆ10 F
ساختمان خازن:
ساختار خازن شامل دو صفحه فلزی موازی است، که این صفحات میتوانند از جنسهای مختلفی مثل روی، آلومینیوم یا نقره باشند. این دو صفحه توسط یک جزء عایقی (دیالکتریک) مانند کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم یا اکسید تانتالیوم از یکدیگر جدا میشوند.
انواع خازن:
انواع خازنها شامل:
1. خازن عدسی
2. خازن سرامیکی
3. خازن الکترولیتی (شامل خازنهای آلومینیومی و تانتالیومی)
4. خازن ورقهای (شامل خازنهای کاغذی و پلاستیکی)
5. خازن میکا
6. خازن روغنی و گازی
7. خازنهای متغیر
این انواع خازنها با توجه به مواد ساختاری و ویژگیهایشان برای مقاصد مختلف الکترونیکی و الکتریکی استفاده میشوند.
خازن عدسی:
خازن عدسی دارای ابعاد کوچک مانند عدسه و بدون پلاریته مثبت و منفی (خازنهای بدون قطب) هستند. ظرفیت خازنهای عدسی در محدوده پیکوفاراد و نانوفاراد قرار دارد. عددی که بر روی خازن عدسی نوشته شده، به شما امکان میدهد ظرفیت خازن را به راحتی بدست آورید. به عنوان مثال، اگر بر روی خازن عدسی عدد 473 نوشته شده باشد، دو رقم اول را برمیدارید (47) و به اندازه رقم سوم، صفر جلوی دو عدد اول اضافه کنید. این مقدار ظرفیت خازن به واحد پیکوفاراد است، به عبارت دیگر 47000 پیکوفاراد یا 47 نانوفاراد (nF). اگر عددی بر روی خازن نوشته نشده باشد، میتوانید ظرفیت خازن را با استفاده از خازنسنج یا مولتیمتر خازنسنج یا LCR متر تست کنید.
خازن سرامیکی:
خازنهای سرامیکی از دیگر نوع خازنهای بدون قطب (خازنهای خشک) هستند. جنس دیالکتریکی آنها سرامیک میباشد و به علت داشتن ثابت دیالکتریک بالا، این نوع خازنها به عنوان عایق بسیار عالی شناخته میشوند. این خازنها قادرند ظرفیتهای بالا را در ابعاد کوچک به مراتب کوچکتر از میکروفاراد فراهم کنند. علاوه بر این، ولتاژ کاری این نوع خازنها نیز به میزان بالایی است، که آنها را برای مصارف مختلف در الکترونیک بسیار مناسب میکند.
خازن الکترولیتی:
خازنهای الکترولیتی یا شیمیایی به عکس خازنهای عدسی عمل میکنند و دارای قطبگرایی هستند؛ به عبارت دیگر، دارای پلاریته مثبت و منفی هستند. معمولاً ظرفیت این خازنها در محدوده میکروفاراد قرار دارد. مقادیر ظرفیت و ولتاژ کاری خازن بر روی آنها نوشته شده و در مدارها باید با دقت به جهت و قوانین استفاده از آنها توجه شود.
انواع متداول خازنهای الکترولیتی شامل خازنهای آلومینیومی و تانتالیومی هستند. این خازنها در مدارهای الکترونیکی به عنوان فیلترها و کپلرها برای مقاصد مختلف، از جمله در مدارهای یکسوکنندهها با دیود، به عنوان فیلترها و کوپلینگها در مدارهای بایاس ترانزیستورها و سایر کاربردهای الکترونیکی مورد استفاده قرار میگیرند.
بر روی بدنه خازن نواری با رنگ مخالف و حاوی علامت “منفی” برای تشخیص پایه منفی و بر روی بردها نیم دایره مشکی رنگی را برای ایجاد شناسه پایه منفی اعمال میکنند تا در زمان لحیمکاری اشتباهی اتفاق نیفتد.
اندازه گیری ولتاژ خازن با مولتی متر
برای اندازهگیری ولتاژ در دو سر خازن، باید خازن به وسیله بارهای الکتریکی شارژ شود، بنابراین مدار باید روشن باشد و ولتاژ به خازن تأمین شود. سپس سلکتور مولتیمتر را روی ولتاژ DC تنظیم کنید و پروب قرمز را به قطب مثبت خازن و پروب مشکی را به قطب منفی خازن متصل کنید. در ادامه، عدد مولتیمتر را بخوانید.
نکته: برای تخلیه کردن خازنی که تازه از مدار خارج شده است، پایههای مثبت و منفی را به یکدیگر متصل کنید.
خازنهای تانتالوم نیز از نوع خازنهای الکترولیتی هستند که به دلیل ابعاد کوچک و ظرفیت بالا، قیمت بالاتری دارند. در مدلهای جدید این نوع خازنها، ولتاژ و ظرفیت بر روی بدنه نوشته میشوند، اما در مدلهای قدیمی از کدگذاری رنگی استفاده میشود.
خازن ورقه ای(کاغذی و پلاستیکی)
خازنهای ورقهای کاغذی به دلیل داشتن ثابت دیالکتریک کوچک، ابعاد فیزیکی بزرگی دارند، اما از مزایای این خازنها استفاده در ولتاژها و جریانهای بالا است.
خازنهای ورقهای پلاستیکی نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند. بنابراین، کاربرد آنها در مدارهایی است که به یک خازن با ظرفیت ثابت در مقابل تغییرات حرارتی نیاز دارند. یکی از معروفترین دیالکتریکهایی که در این خازنها به کار میرود، پلی استیرن (Polystyrene) است؛ به همین دلیل به این خازنها “خازن پلیاستر” نیز معروف هستند.
خازن میکا:
خازنهای میکا دارای ظرفیت تقریباً بین 0.1 تا 1 میکروفاراد هستند. یکی از ویژگیهای مهم این خازنها، داشتن ولتاژ کاری بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات با فرکانس بالا است.
ازن روغنی و گازی:
خازنهای روغنی و گازی بیشترین کاربرد را در صنعت برق در مدارهای الکتریکی برای راهاندازی و یا اصلاح ضریب قدرت دارند.
– **خازن گازی:**
خازن گازی نوعی خازن است که عایق آن گازی مثل نیتروژن (N2) است. این نوع خازن معمولاً در مدارات برق با ولتاژ و جریان بالا به کار میرود. یک مثال از استفاده این نوع خازنها، در اصلاح ضریب توان در شبکه برق سه فاز با ولتاژ 400 ولت و فرکانس 50 هرتز و ظرفیت 2.5 کیلو وار است. این مجموعه از خازنها به طور عام به عنوان “بانک خازنی” شناخته میشود.
– **خازن روغنی:**
خازنهای روغنی نیز در مدارات الکتریکی مورد استفاده قرار میگیرند و معمولاً دارای عایق روغنی هستند. این نوع خازنها همچنین در مدارات با ولتاژ و جریان بالا و محیطهایی که نیاز به عایق با کیفیت دارند، مانند محیطهای روغنی، استفاده میشوند.
از طریق استفاده از این خازنها، میتوان ضریب توان (Power Factor) را اصلاح کرده و مشکلات مرتبط با توان راکتیو (Reactive Power) در سیستمهای برقی حل کرد.
خازن های متغیر:
خازنهای متغیر از سه فاکتور برای تغییر ظرفیت خود استفاده میکنند:
1. فاصله بین صفحات هادی
2. تغییر مساحت صفحات
3. نوع دیالکتریک
عملکرد یک خازن متغیر بر اساس تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دیالکتریک آن است. ظرفیت یک خازن به صورت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن مرتبط است (با استفاده از فرمولی که در ابتدای مقاله اشاره شد).
خازنهای متغیر معمولاً از نوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. خازنی که ظرفیت آن توسط تغییر فاصله بین صفحات تنظیم میشود، به عنوان “واریابل” شناخته میشود، در حالی که خازنی که ظرفیتش توسط پیچ گوشتی تنظیم میشود، به عنوان “تریمر” شناخته میشود. بازه تغییر ظرفیت در خازنهای واریابل حدوداً از 10 تا 400 پیکوفاراد و در خازنهای تریمر حدوداً از 5 تا 30 پیکوفاراد است. کاربردهای اصلی این خازنها در گیرندههای رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاههای رادیویی میباشد.