انواع خازن و اجزاء و محتویات داخلی خازن ها
خازنی که به یک منبع DC متصل است، شارژ را در خود ذخیره می‌کند و می تواند پس از قطع از منبع تغذیه به فعالیت خود در مدار ادامه دهد.
از این طریق خازن انرژی را ذخیره می کند یعنی می تواند دشارژ شود و در واقع مانند یک باتری کوچک قابل شارژ عمل کند. آهنگ شارژ/دشارژ به شدت سریع است، اما می‌توان آن را با سری کردن چند مقاومت محدود کرد که خازن را قادر می سازد به عنوان یک عنصر زمانبندی شده برای تأمین انرژی مورد نیاز در بسیاری از مدار های الکترونیکی به کار گرفته شود.
همچنین خازن ها می‌توانند برای مسدود کردن جریان DC نیز به کار بروند، در حالی که پالس ها و نویزهای الکتریکی و یا جریان متناوب، سیگنال‌های صوتی و یا دیگر اشکال امواج را از خود عبور بدهند.
این قابلیت آن را قادر می‌سازد تا ولتاژ خروجی ارائه شده توسط منبع تغذیه را صاف کند، این ویژگی برای حذف اسپایک های سیگنال هایی که در غیر این صورت تمایل به تریگر کردن کاذب عناصر، در مدارهای دیجیتال دارند، یا برای تنظیم پاسخ فرکانسی یک مدار صوتی، یا برای کوپل نمودن اجزای جداگانه یا قطعات مدار که باید از انتقال جریان DC محافظت شوند به کار گرفته میشود.
تجهیزات جانبی
در ساده ترین شکل یک خازن از دو صفحه تشکیل شده است که روی هر کدام از صفحات برای اتصال به یک منبع تغذیه DC نصب شده است. صفحات با یک لایه نازک و عایق از هم جدا شده‌اند که با نام دی الکتریک شناخته میشود و معمولاً این لایه یک لایه ی جامد یا یک خمیر است، اما ممکن است مایع، ژل، گاز یا خلأ باشد.
خود صفحات، در اغلب خازن ها از یک لایه نازک فلزی یا لایه نازک پلاستیکی متالیزه ساخته شده اند. برای کوچک کردن اندازه خازن، این لایه نازک را پیچیده و فشرده تولید میکنند تا محصول نهائی یک استوانه های فشرده را تشکیل بدهد، یا اینکه به صورت بخش های مسطح چندتایی به هم متصل می شوند.
الکترونها از منبع برق به صفحه ای که به سمت منفی منبع متصل شده، حرکت میکنند و تمایل دارند الکترون های روی صفحه دیگر را دفع کنند.
بسته به اندازه خازن، ممکن است برخی از فرکانسهای AC را در حین عبور دیگر فرکانس ها مسدود کند؛ به طور کلی، یک خازن کوچکتر، فرکانس های بالا را نسبتاً کارآمد عبور می‌دهد، چراکه موج کوچکی از جریان هر صفحه را پر می کند. با این حال، این وضعیت توسط راکتانس القایی (که باعث ایجاد مقاومت سری موثر می شود) در خازن، پیچیده می شود.
انواع مدل ها:
سه مدل از متداول ترین خازن ها، خازن های استوانه ای، دیسکی، مسطح مستطیلی هستند.
یک خازن استوانه‌ای ممکن است پایانه محوری (دو سیم متصل به هر دو طرف در انتهای خازن می باشند)، یا پایانه شعاعی (هر دو سیم از یک طرف خازن بیرون آمده اند) داشته باشد. خازن های نوع دوم(با پایانه شعاعی) به طور گسترده تر مورد استفاده قرار می گیرد زیرا آنها را می‌توان به راحتی در یک صفحه مدار قرار داد. خازن معمولاً در یک آلومینیوم کوچک بسته‌بندی میشود که یک طرف آن بسته است و انتهای دیگر آن با یک عایق پوشانده میشود و در یک ورقه نازک پلاستیکی عایق قرار می‌گیرد.
بسیاری از خازنها غیر قطبی هستند، به این معنی که به پلاریته(تقارن گرایی) حساس هستند. با این حال، خازن های الکترولیتی و تانتالیوم باید (به طریقی صحیح) به منبع ولتاژ DC متصل شوند. در این دسته از خازن ها، اگر یک پایانه(پایه) بلندتر از دیگری باشد، احتمالاً آن پایانه مثبت است. یک علامت یا نوار در یکی از طرف های انتهایی خازن(نزدیک به یکی از دو پایه)، پایانه منفی را نشان می‌دهد. در خازن تانتالیوم احتمالاً با استفاده از علامت + روی بدنه این قطعه، پایانه مثبت نشان داده میشود.
در صورتی که یک فلش روی بدنه خازن چاپ شده باشد، معمولاً به پایه (منفی) اشاره دارد. در یک بسته آلومینیومی با پایانه محوری، یک ترمینال که در یک طرف انتها، یک دیسک عایق در اطراف خود دارد، در حالی که پایانه دیگر به انتهای گرد بسته‌بندی متصل میباشد. سیمی که به انتهای عایق متصل است، اصولا پایه مثبت محسوب می شود.
هنگامی که خازن از منبع برق قطع می شود، بارهای مخالف در صفحات آن در نتیجه تعداد متقابل آنها باقی می ماند، اگر چه ولتاژ به تدریج به دلیل نشت یا به وسیله دی الکتریک و یا از طریق مسیرهای دیگر، کاهش می یابد.
زمانی که یک مقاومت در سمت صفحه شارژ شده خازن قرار داده می شود، خازن خود را از طریق مقاومت و با آهنگی که توسط اندازه مقاومت محدود میشود، دشارژ می‌کند. برعکس، اگر خازن از طریق مقاومت شارژ شود، مقدار مقاومت آهنگ شارژ شدن را محدود می کند.
یک مقاومت سری با یک خازن به عنوان یک شبکه RC(شبکه خازن-مقاومت) شناخته میشود.
هنگامی که یک خازن به یک منبع ولتاژ AC متصل میشود، هر موج برخورد الکترون به یک صفحه، موجب افزایش بار مخالف و برابر در صفحه دیگر می شود و هنگامی که پلاریته منبع تغذیه معکوس می‌شودو به همین صورت بارها در صفحات جای خود را عوض میکنند. این امر می‌تواند اینگونه به نظر برسد که خازن حتی اگر دی الکتریک جداشده از صفحات یک عایق باشد، جریان AC را هدایت می‌کند.
در واقع یک خازن جریان AC را عبور می‌دهد، هرچند در واقع این اتفاق نمی‌افتد. برای سهولت و به این دلیل که این مفهوم به طور گسترده ای فراگیر شده است، ما در اینجا خازن ها را به عنوان عبور دهنده برق AC نام گذاری می کنیم.
یک خازن دیسکی (که معمولا آن را خازن عدسی نیز می نامیم) معمولاً در پوشش عایقی سرامیکی قرار می‌گیرد و پایانه های شعاعی دارد. خازن های مدرن با مقادیر کمی بیشتر در اپوکسی جای می گیرند و ممکن است به صورت مستطیلی نیز ساخته شود.
یک خازن با نصب سطحی در واقع یک خازن مسطح مستطیلی است که معمولاً هر بعد آن کمتر از ۲ میلیمتر می باشد و در هر دو طرف، در انتهای خود دو صفحه رسانا دارد. که معمولاً این دسته از خازن ها مشابه یک مقاومت نصب سطحی می باشند. خازن های با مقادیر بزرگتر، به ناچار اندازه بزرگتری دارند اما همچنان می‌توانند برای کاربردهای نصب سطحی طراحی بشوند.
شبکه خازنی
شبکه ی خازنی (خازن آرایه ای) حاوی دو یا چند خازن است که از داخل نسبت به هم عایق شده و توسط کانتکت های خارجی قابل دسترسی هستند. آن ها در قالب نصب سطحی و همچنین در تراشه‌های نصب بر حفره‌های مداری DIP (دوتایی در بسته‌بندی خطی) و یا SIP (تکی در بسته‌بندی خطی) فروخته میشود. اجزای داخلی ممکن است به یکی از سه حالت زیر متصل شده باشند:
جداگانه و عایق از یکدیگر، باس-مشترک یا باس-مشترک دوگانه. از لحاظ فنی، آرایش جداگانه و عایق از یکدیگر را باید به عنوان یک خازن آرایه‌ی نام برد، اما در عمل، هر سه پیکربندی معمولاً به عنوان شبکه خازنی نامیده می شوند.
شبکه خازنی می تواند تعداد عناصر داخل مدار را کاهش بدهد که در آن مدار تراشه های منطقی دیجیتال نیازمند خازنهای بای پس (کنارگذر) هستند. این دسته از خازن ها از نظر مفهومی می توانند شبیه به آرایه های مقاومتی باشند.
تراشه های شامل مدارهای RC (جفت مقاومت-خازن چندتایی) نیز با این حال که غیر متداول می باشند، در دسترس هستند.
انواع اصولی خازن ها
خازن های الکترولیتی نسبتاً ارزان، کم حجم هستند و می توانند مقادیر بالایی داشته باشند. این ویژگی آنها را به انتخاب محبوبی در لوازم الکترونیکی مصرفی، به ویژه برای منابع برق تبدیل کرده است. ظرفیت خازنی الکترولیتیک با استفاده از ولتاژ متناوب(AC)، تجدید میشود. خمیر مرطوب داخل خازن برای بهبود عملکرد دی الکتریک در نظر گرفته شده است و هنگامی که ولتاژ اعمال شود، در بازه ی زمانی یکسال احتمالا خشک می شود. اگر الکترولیتی برای 10 سال یا بیشتر نگهداری شود، زمانی که برق به آن وصل می شود، ممکن است یک اتصال کوتاه بین پایانه های آن ایجاد شود.
الکترولیت چیست؟
یک الکترولیت دوقطبی، یک بسته واحد است که حاوی دو خازن سری الکترولیتی که قطب های مخالف آنها به یکدیگر بسته شده است.
در این گونه از خازن ها اصولاً BP(دو قطبی) یا NP(غیر قطبی یا ناقطبی) بر روی بدنه آن چاپ میکنند. این دسته از خازن ها ممکن است در مدار های صوتی استفاده شوند که خازن های قطبی معمولا برای این نیازها نامناسب هستند و احتمالاً ارزان‌تر از جایگزین های غیر الکترولیتی هستند. با این حال، برخی نقاط ضعف مانند خازن های الکترولیتی در آنها وجود دارد.
انواع اصولی خازن ها
خازن تانتالیوم در عین کم حجم بودن، نسبتاً گران قیمت است و ممکن است در برابر افزایش های ناگهانی ولتاژ آسیب پذیر باشد. این خازن ها به استفاده اشتباه از قطب حساس هستند. به طور معمول، آنها به جای نصب در داخل یک بسته آلومینیومی کوچک، مانند الکترولیت‌ها درون اپوکسی قرار گرفتند و در نتیجه الکترولیت موجود در این محصولات، کمتر ممکن است دچار تبخیر و خشک شدن شود.
در نهایت، خازن های تانتالیوم با نصب سطحی محبوبیت کمتری نسبت به خازنهای سرامیکی دارند، زیرا خازن های سرامیکی با مقادیر الکتریکی زیاد، با ابعاد کوچکتر و مقاومت های سری معادل کمتری نسبت به تانتالیوم ها دردسترس هستند.
انواع اصولی خازن ها
خازن هایی با لایه های نازک پلاستیکی معمولاً برای فضاهای خارجی نسبت به مابقی قطعات تابلویی یا در حاشیه ی تابلوها استفاده می‌شوند. خازنهای سرامیکی تک لایه، اغلب برای بای پس استفاده می‌شوند و برای کاربردهای با فرکانس بالا یا دستگاه‌های صوتی مناسب هستند. استقامت مقداری آنها در برابر دما خیلی پایدار نیست، اگرچه انواع NPO پایدارتر هستند. خازن های سرامیکی چند لایه از خازن های سرامیکی یک لایه کم حجم تر هستند و در نتیجه به طور فزاینده محبوب شده اند.
دی الکتریک ها:
دی الکتریک که در خازن استفاده میشود، اغلب شامل یک لایه الکترولیتی، یک ترکیب سرامیکی، یک لایه نازک پلاستیکی (پلی کربنات، پلی پروپیلن یا پلی استایرن) یا کاغذ است.
یک لایه الکترولیتی در یک خازن الکترولیتی سنتی، شامل کاغذی است که در الکترولیت خیس شده است. این لایه کاغذی با یک لایه آلومینیومی همراه شده است به این صورت که در آن یک لایه آلومینیوم هیدروکسید ته نشین شده است. لایه ها برای ایجاد یک ساختار استوانه‌ای، پیچیده شده‌اند. عملکرد دی الکتریک هنگام ایجاد میشود که ولتاژ اعمال شود.
محتویات خازن ها
پلی استر:
متداول ترین نوع ورقه های نازک پلاستیکی است که دارای بالاترین ثابت دی الکتریک می‌باشند و حداکثر ظرفیت در واحد حجم را دارند.
پلی استر به طور گسترده در پروژه های برق DC مورد استفاده قرار می‌گیرد، با توجه به این نکته که لایه های رول شده باعث ایجاد انگیزه پارازیتی میشود. اغلب در کوپلینگ، تزویج زدایی و بای پس استفاده میشود، اما برای شرایطی که نیازمند ثبات و نشتی پایین است مناسب نیستند و همچنین ممکن است برای جریان بالا مناسب نباشد.
پلی کربنات:
از نظر حرارتی بسیار پایدار است، اغلب برای فیلتر کردن و مدارهای زمان بندی که نیاز به فرکانس ثابت دارند به کار می‌رود. یک مدل بسیار عالی از خازنها که می‌تواند در کاربردهای نظامی مفید باشد اما گران قیمت است. پلی استر، مایلر و دیگر انواع ورقه های نازک پلاستیکی اغلب در مدارهای صوتی استفاده می‌شوند که ویژگی غیر قطبی بودن آنها یک مزیت است.
پلی پروپیلن:
این دسته در برابر گرما آسیب پذیر هستند (حداکثر ۸۵ درجه سانتیگراد معمول است) و نسبت به پلی استر، پایداری کم تری نسبت به تغییرات دمایی دارد. با این ویژگی که محدوده خطای این دسته پایین‌تر از 1% می باشد. این خازنها یک انتخاب محبوب در شبکه های متقاطع برای ترکیب بلندگو ها هستند و برای کلیدزنی منبع تغذیه استفاده می شوند. آنها از نظر فیزیکی بزرگتر از خازن های دیگر هستند که از دی الکتریک ورقه ای نازک استفاده می کنند.
همراهان گرامی، در این بخش با توضیحات اجمالی در خصوص انواع خازن ها و اجزای تشکیل دهنده ی آن ها به صورت جزء به جزء با ما همراه بودید، در بخش های مختلف دنیای الکترونیک، تکنولوژی ساخت محصولات جدید به صورت روزانه در حال تغییر است و هر فردی که به صورت حرفه ای در این مسیر قدم بر میدارد، نیازمند به روز رسانی دانش خود میباشد.
ما در این بخش تلاش میکنیم تا با بالاترین حد توان بهترین اطلاعات روز دنیا و ایران را در عرصه ی دانش الکترونیک و الکتروتکنیک، برای سهولت هر چه بیشتر در مسیر اجرائی شدن پروژه های شما عزیزان، در اختیارتان قرار دهیم، تا در شادی موفقیت های چشم گیر شما همکاران گرامی، شریک باشیم.
با آرزوی بهترین ها در مسیر موفقیت و سعادتمندی روز افزون شما همراهان بزرگوار، شما را برای مطالعه ی مقالات تخصصی در دیگر زمینه های برقی و صنعتی دعوت میکنیم تا از دانش کاربردی در بخش های مختلف این مجموعه بزرگ بهره مند شوید.
