خازن چیست ؟

خازن در زبان انگلیسی به معنی (capacitor)می باشد. خازن، وسیله ای الکتریکی است که توانایی ذخیره کردن انرژی الکتریکی در خود دارد. خازنها حداقل از دو صفحه رسانا تشکیل می شوند و به وسیله یک عایق از هم جدا شده اند. به عایق های که صفحات خازن را از هم جدا می کنند (دی الکتریک) می نامند. تقریبا میتوان گفت هر ماده غیر رسانایی را دی الکتریک نامند. از قبیل تفلون، پلاستیک، سرامیک،کاغذ و ... هر اشیای  دیگری که رسانا نباشد به عنوان دی الکتریک از آن استفاده کرد. ذخیره کننده انرزی بسته به دی الکتریکی که در آن قرار گرفته شده است برای ولتاژ های بالا و پایین مورد استفاده قرار میگیرند. کاربرد خازنها  به دلیل اینکه بار الکتریکی را در خود ذخیره می کنند، باعث اثبات جریان در مدار و به طور یک نواخت انرژی را وارد دستگاه میکنند و مورد استفاده قرار میگیرد. 

​

مزیت استفاده از خازن

 برای درک بهتر از کاربرد این وسیله  میتوان به این شکل ویژگی این دستگاه را بازگو کرد که خازنها در زندگی روز مره ما انسانها کاربرد بسیاری دارند. به دلیل وجود این وسیله است که میتوان دستگاه های الکترونیکی پیشرفته ای را ساخت و وارد بازار کرد. دلیل این که به راحتی میتوان دستگاه های الکترونیکی به  منبع جریان اتصال داد خازن است.دلیل این موضوع الکترودها هستند و به منبع تغذیه اتصال بقرار میکنند و شارژ میشوند و آن را ذخیره میکنند و در هنگام قطع جریا از منبع اصلی دستگاه الکترونیکی یا برقی آسیب جدی نمی بیند.

کاربرد همه انها برای مدار های الکتریکی استفاده میشود تا جلوگیری کند از جریان مستقیم که به دستگاه برقی آسیب جدی وارد نکند و مانند یک فیلتر کننده فرکانس عمل میکند. و ض همچنین  از آن میتوان برای ذخیره کردن بار الکتریکی در مدارهای استفاده میشود. این وسیله در بیشتر صنایع مورد استفاده قرار میگیرد و تقریبا در تمامی دستگاه ها الکتریکی و با توجه به ولتاژ های مختلف مورد بهروری قرارمیگیرد. میتوان به این سیستم عنوان سنسور را اتلاق کرد به دلیل اینکه مانند اندازه گیری رطوبت هوا، فشار مکانیکی عمل میکند .

​

مزیت خازنها 

• ممانعت از آسیب زدگی به دستگاه های اکتریکی هنگام قطع شدن برق یا جدا شدن دستگاه الکتریک از منبع جریان.
• خازنها را معمولا برای دستگاه ها الکترونیکی استفاده میکنند تا مانع آسیب زدگی توسط جریان برق به سیستم شوند این کار توسط خازن انجام میشود، به صورتی جریان قطع میشود و یا از منبع نیرو دستگاه جدا میشود مقادیری بار الکتریکی داخل دستگاه باشد و شارژ آن را فارهم کند.
• از خازنها استفاده ای دیگری میتوان داشته، ماننده استفاده در دستگاه الکترونیکی می توان به مانع دیرکرد و اصلاح ضریب توان و فیلتر کردن موج های که موقع هم سوسازی dc به ac انجام میشود کاربرد دارد.
• این دستگاه ها معمولا در مواقعی که نیاز است تا  تاخیر جریان اتفاق بیوفتد کاربرد بالابب دارند.
• خازنها در مدار ها الکترونیکی برای حذف نیوزها که به وجوو می آید در مسیر های مسی مورد بهره وری قرار میگیرند.
• آنها در مدارهای صوتی استفاده می شوند تا بتوانند به عنوان فیلتر صوتی عمل کنند. و همچنین ولتاژهای  dc را از سیگنال های صوتی حذف کنند.

ظرفیت خازن :

ظرفیت خازن میزان اندازه گیری قدرت نگهداری انرژی الکتریکی را ظرفیت خازن می نامند. هر چه مقدار گنجایش یک خازن بالا باشد این دستگاه میتواند انرژی بیشتری را داخل خود ذخیره کند. عموما ظرفیت خازنها به دو ویژگی بستگی دارد یک کمیت فیزیکی و دو ساختمان آنها و به مدار و فرق پتانسیل بستگی دارد. پتانسیل این سیستم ها در کولن بر ولت می باشد و آن رافاراد می نامند.​

مرتبط بودن میزان مقدار باری که به روی صفحه های خازن (متراکم یا جمع) شوند بر اختلاف پتانسیل دو طرف باتری را ظرفیت خارن می گویند. طبق آزمایش های انجام گرفته ظرفیت را نمیتوان تنها به مقدار جریان الکتریکی که روی صفحات خازن متراکم شده دانست. به مقدار باری اختلاف پتانسیل که دوسر خازن هستش هم بستگی دارد.

کاربرد خازن 

مهم ترین کاربد خازن در دستگاه ها جا به جا کردن یا تعویض ولتاژ  AC یا به صورت پیوسته به ولتاژ  DC  میباشد. یا اصولا برای حذف نویز ها جریان در دستگاه ها استفاده میشود. خازن از دو ورق فلزی که در مقابل هم قرار گرفتن و در میان آن صفحه ها عایقی از هر شی ممکن است قرار گیرد.

همان طور که در قسمت بالا به آن اشاره کردیم عموما در محیط های که به تاخیر نیاز دارند مودر استفاده  قرار میگیرند. مانند، چراغ راه پله در مدار های چشمک زن و در مدارهای صوتی و ... کاربرد دارند.

تقریبا همیشه عایق های که بین صفحه های خازن قرار میگیرد از جنس فلز یا الکترولیت می باشد. هادی دی الکترولیت که بین صفحه های خازن واقع میشوند طرفیت خازن را افزایش میابد. خازنها از انرژی الکتروکی محافظت میکند و در مدارها از آن استفاده میکند. 

​

• نویزگیر.
• تقویت کنندگی.
• کمک به عملکرد بهتر در موتورهای الکتریکی

انواع خازن و کاربرد خازن 

خازن متغیر شامل

{خازن میکا، خازن پلاستیکی، خازن سرامیکی، خازن هوا}

برای تغییر دادن گنجایش خازنها سه عامل موثر هست (( فاصله ای که بین صفحه میباشد)) ((سطح صفحه ها داخل خازن )) (( جنسی که برای عایق خازن ها استفاده شده است )). اصول کار آنها بر پایه متغییر بودن سطح اشتراک صفحه های خازن یا تغییر قطر عایق است.  گنجایش یک خازن ارتباط بی واسطه ای با سطح مشرک دو صفحه خازن دارد.

میکا

در این نوع خازن ورقه های (فلزی ­– آلمینیوم) بین صفحات خازن ها قرار میگیرند و به طور یک در میان روی به روی هم قرار میگیرند. گنجایش خازنها میکا از0.01 تا 1 میکروفراد میباشد.

 پلاستیکی

برای خازنهای پلاستیکی از ورق های نازک به عنوان عایق مورد استفاده قرار می گیرد. طرز قرار گررفتن این ورقه ها به همراه دیگر  ورقه های باریک فلز که از جنس آلمینیوم میباشند را به صورت لوله ای داخل خازن گذاشته و بسته بندی میکنند . درحال حاضر از این نوع خازنها بیشترین استفاده میشود به دلیل قابلیت های فراوانی دارند یکی از این ویژگی در مقابل حرارت بالا مقاومت نشان می دهد.

 سرامیکی 

خازنهای سرامیکی یک از معمولی ترین خازنهای غیر الکترولیتی می باشند. که در آن عایقی استفاده شده که از جنس سرامیک می باشد. و مقدار ماده ای که بین صفحات خازن میباشد توانایی بالایی برای بهینه کردن دارد. و همچنین قدرت علمکرد خازن را افزایش می دهد. 

خازن هوا

این نوع خازن عایقی که درآن استفاده شده است از هوا می باشد. خازنهای هوا از تعداد صفحه تشکیل شده که تعدادی از آن حرکت میکنند و تعدادی از آنها ثابت هستن. این صفحه ها به وریت یکی در میان با تنظیم فاصله دقیق از هم قرار گرفتن. زمانی که صفحات متحرک در میان صفحه های خازنی ثابت  حرکت میکنند در نتیجه تاثیر صفحات تغییر میکند و گنجایش ظرفیت خازن افزایش میابد و در نهایت مقدار حجم یک خازن هوا با توجه به گردش صفحه ها متحرک ظرفیت خارنی تغییر میکند. 

خازن های ثابت 

شامل 3 تا دسته اصلی میشوند

( خازنهای ورقه ای ، خازنهای سرامیکی ، خازنها الکترولیتی)

•  خازن های ورقه ای 

 در خازنها ی ورقه ای برای عایق بودن و انعطاف پذیر باشند از کاغذ و مواد پلاستیکی استفاده میکنند. شامل موارد پایین میشوند. 

خازن میکا

در این نوع خازن ورقه های (فلزی ­– آلمینیوم) بین صفحات خازنها قرار میگیرند و به طور یک در میان روی به روی هم قرار میگیرند. گنجایش خازنهای میکا از0.01 تا 1 میکروفراد میباشد. برای بالا بردن ظرفیت خازنی میکا به دو ویژگی بستگی دارد، اول تعداد صفحات و دوم اندازه صفحات باید بزرگتر باشند تا قدرت گنجایش آنها بالاتر رود. از ویژگی های خازن میکا میتوان به با ولتاژ بالا کار میکند. عمر طولانی و کارای در مدارهای فرکانس بالا.

​

 پلاستیکی 

برای خازنهای پلاستیکی از ورق های نازک به عنوان عایق مورد استفاده قرار می گیرد. طرز قرار گررفتن این ورقه ها به همراه دیگر  ورقه های باریک فلز که از جنس آلمینیوم میباشند را به صورت لوله ای داخل خازن گذاشته و بسته بندی میکنند . درحال حاضر از این نوعع خازنها بیشترین نوع خازن استفاده میشود به دلیل قابلیت های فراوانی دارند یکی از این ویژگی در مقابل حرارت بالا مقاومت نشان می دهد.

​

بخاطر این ویژگی بیشتر در مدارها مورد استفاده می قرار میگیرند.ماده ای شیمیایی در این نوع خازنها استفاده میشود به اسم پلی استایرن به همین دلیل به این خازنها پلی استایر گفتع می شود. تعریفی از پلی استایرن هم داشته باشیم تا بیشتر با این ماده آشنا شیم، این ماده یک اسم اختصاصی دارد به  GPPS که برای مصارف عمومی کاربرد دارد عموما بایستی و دارای مزیت های خوبی در برابر حرارت و توانایی بالای در مقابل ضربه های شدیدی و افتادگی از فاصله دارد، از نظر شیمیایی پلی استایرن یک هیدروکربن  بلند با و در مرکز آن تغیر های کربنی به گروهای فنیل اتصال میشوند.

 سرامیکی یا عدسی 

خازن سرامیکی یک از معمولی ترین خازنهای غیر الکترولیتی می باشند. که در آن عایقی استفاده شده که از جنس سرامیک می باشد. و مقدار ماده ای که بین صفحات این سیستم میباشد توانایی بالایی برای بهینه کردن دارد. و همچنین قدرت علمکرد خازن را افزایش می دهد. به همین دلیل میتوان خازنهایی با گنجایش بالا و در ابعاد کوچک ساخت و در نهایت ولتاژ کار آنها قوی می باشد. گنجایش خازنها سرامیکی تقریبا بین 5پیکوفاراد تا 0.1 میکروفاراد هستش. خازن سرامیکی در شکل های متفاوتی به بازار ارائه میشود مانند( دیسکی ، استوانه ). بسامد خازنهای سرامیکی میتوان گفت بالا 100مگاهرتز می باشد. 

​

 هوا

این نوع خازن عایقی که درآن استفاده شده است از هوا می باشد. خازنهای هوا از تعداد صفحه تشکیل شده که تعدادی از آن حرکت میکنند و تعدادی از آنها ثابت هستن. این صفحه ها به وریت یکی در میان با تنظیم فاصله دقیق از هم قرار گرفتن. زمانی که صفحات متحرک در میان صفحه های خازنی ثابت  حرکت میکنند در نتیجه تاثیر صفحات تغییر میکند و گنجایش خازن افزایش میابد و در نهایت مقدار حجم یک خازن هوا با توجه به گردش صفحه ها متحرک ظرفیت خارنی تغییر میکند. 

​

 الکترولیت

خازن الکترولیت سیستمهای هستن که از مایع رسانای یونیزه شده برای این نوع خازنها استفاده شده است و توانایی بالای دارد برای ذخیره جریان برق. نکته ای که باید به آن توجه داشته باشید پایه های این خازنها را جا به جا ببنید  دستگاه باعث انفجار میشود یعنی این خازنها منفجر میشود. این  خازنها یالکترولیتی همیشه دارای دو قطب ثابت منفی و مثبت دارند، ینی به طور ثابت یک قطب آن مثبت و قطب دیگر آن منفی می باشد. خازنها الکترولیتی همانند مابقی خازنهایی دو سر دارند که به اسم آند و کاتد هستند، و به واسطه یک ماده غیررسانا از یکدیگر  جدا میشوند. آند عموما از یک ورق فلزی می باشد. در طی مراحلی آندش یه لایه اکسید به روی ورقه آند شکل میگیرد. این لایه همان عایقی میباشد در خازن الکترولیتی است. کاتد در این خازن نقش الکترولیت را دارد و  ممکن است به صورت های مختلفی در خازنها باشد مانند: جامد، مایع و یا به صورت ژل باشد. کاتد یا همان الکترولیت اکسید را در اختیار گرفته و نقش ورقه کاتد را اجرا میکند.

​

 آلمینیومی

خازن آلمینیومی شبیه مابقی خازنهای دیگری از دو صفحه آلمینیومی ساخته شده است. آند عموما از یک ورق فلزی می باشد. در طی مراحلی آندش یه لایه اکسید به روی ورقه آند شکل میگیرد. این لایه همان عایقی میباشد در خازن الکترولیتی است. ساختار داخلی این آنها به این شکل است که دو صفحه آلمینیومی که همراه با دو لایه کاغذ متخلخل ( سوراخ سوراخ ) که مابین آنها قرار گرفته و پیچیده شده و سیم های اتصال نیز به پایان صفحه های آلمینیومی متصل متصل هستن. بعد از آن که صفحه های آنها داخل یک عایق مناسب شکل گرفتن همراه آنها

یک لایه اکسید که سبب می شوند سرعت را بالا ببرد آغشته میشود به صورت کامل در داخل این ماده غوطه ور میشوند. سپس بعد از این موارد آنها را داخل یک قالب فلزی گذاشته و در آخر یک بلوک پلاستیکی که سیم ها را از خازن خارج نگه میدارد را محکم بسته میشوند

خازن اسنابر  

خازن اسنابر را میتوان به عنوان یکی از مهمترین عوامل انتقال جریان دانست به دلیل کاهش دهنده دمای اتصال یا به عبارتی دیگر زمانی که ولتاژ بالا میرود اتصال را محدود یا قطع کند. مدارهای اسنابر برای کاهش نرخ تغییرات ولتاژ یا جریان (di/dtdi/dt یا dv/dtdv/dt) و زیاد شدن ولتاژ در مدت زمان روشن یا خاموش شدن دستگاه مورد کاربرد قرار میکیرد.قطعات نیمه رسانا به احتمال مواردی که در سیتستم اتفاق میوفتد قطعه های مختلفی در مدار سوییچینگ دچار نقص فنی شود و نتواند درست کار کند و کارایی خود را از دست بدهد. مواردی که باعث نقص میشوند مانند: گرم شدن ، اضافه ولاتاژ ، جریان های اضافی یا هر تغییر ناگهانی دلیل این نقص میشود. برای این نو قطعات میتوان از فیوز های استفاده کرد که از جریان های اضافی محافظت کرد. برای جلوگیری از تغییر ولتاژ و یا جریان های (dv/dtdv/dt) ، (di/dtdi/d) اضافی میتوان از مدارهای اسنابر استفاده کرد.

مدار اسنابر در دو طرف سوئیچنگ مانند ترانزیستورها، تریستورها، و… قرار می‌گیرند. سوئیچینگ زمانی که از حالت ON به  OFF  تغییر جهت می دهد مقاموت قطعه به صورت کاملا اتفاقی تغییر زیادی می کند. اما به دلیل این که جریان کمی از مدار عبور کند. این امر سبب ایجاد ولتاژ بزرگی در دو سر قطعه می‌شود. اگر جریان سریع‌تر کاهش پیدا کند، ولتاژ بزرگ‌تری به قطعه تلقین می‌شود و اگر قطعه توانایی مقاموت را در برابر این ولتاژ نداشته باشد، خواهد سوخت. به همین علت به یک مسیر کمکی نیاز است تا از این ولتاژ بزرگ القایی جلوگیری شود. به طور مشابه، وقتی حالت گذرا از OFF به ON داشته باشیم، به علت به صورت یک نواخت جریان پخش نمی شود در ناحیه، و به علت حرارت بالا کلید دچار سوختی میشود. به دلیل این که خسارتی به سوییچینگ یا کلید وارد نشود از اسنابر باید استفاده شود برای کم کردن جریان درموقع آغاز به کار نیاز به یک راه جایگزین الزامی میباشد. 

با تشکر از وقتی که برای مطالعه این مطلب گذاشتید و امید وارم این مقاله به شما کمک کرده باشد برای شناخته بهتره خازن.باتشکر.

 خازن چیست ؟