الکتروتکنیک
سفارش تبلیغ

پایه عکاسی مونوپاد
تبلیغ تی وی

الکتروتکنیک
 
نوشته شده در تاریخ شنبه 91/6/11 توسط سعید

کنترل عبارت است از هدایت یک فرآیند درجهت رسیدن به نقطه ی مورد نظر . هویت کنترل اساساً از سه جز اصلی تشکیل شده است:

1- ورودی ها
2- منطق کنترل
3- خروجی ها

در دهه ی 1960 میلادی با رشد صنعت اتومبیل سازی و به وجود آمدن رقابت شدید بین سازندگان نیاز به سیستم های پیچیده و تغییرات مداوم در خطوط تولید احساس می گردید . از یک طرف برای تعویض هر خط تولید مدت زمان زیادی صرف تغییرات کنترل (سیم کشی و رله ها) می شد و از طرف دیگر یافتن عیب و یافتن رله های معیوب دشوار بود. اولین کنترل کننده ی منطقی برنامه پذیر (PLC) در سال 1969 در همین راستا یعنی کاهش زمان توقف خطوط تولید بوسیله ی کارخانه ی اتومبیل سازی جنرال موتور (General motor) به کار گرفته شد.

PLC (Progromable Logic Contoroller ):

کنترل کننده ی برنامه پذیری است که از خانواده کامپیوتر ها به شمار می آید این کنترل کننده عمدتا در مقاصد صنعتی به کار می رود . ورودی سیگنالهای متنوع دیجیتال یا آنالوگ را ( از field ) قبول می کند و سپس آنها را برای cpu به صورت سیگنالهای منطقی (001) سیستم باینری تبدیل می نمایدو cpu مطابق برنامه هایی که در آن ذخیره شده دستورات را اجرا و خروجی را به صورت سیگنالهای منطقی به خروجی می فرستد این سیگنالها می توانند به فرم آنالوگ یا دیجیتال به تجهیزات یا عملگرها ارسال شوند. Plc در جهت اهداف کنترلی و برای استفاده در محیط های صنعتی به کار گرفته شد چون به سادگی قابل برنامه پذیری بود. و تغییر در سیستم کنترل با تغییر در نرم افزار برنامه کنترل به سهولت امکان پذیر بود مزایای فوق به همراه کوچکتر شدن ابعاد سیستم کنترل ، عیب یابی سریع تر ، خرابی کمتر ، توانایی اجرای برنامه ها ی پیچیده تر ، توانایی تبادل اطلاعات با سیستم های دیگر و ... باعث شد که مدارهای رله ای به سرعت میدان را برای حضور PLC ها خالی کنند.

انواع سیستم PLC :

PLC ها را می توان از نظر اندازه حافظه یا تعداد ورودی و... می توان به انواع زیر تقسیم بندی کرد.
PLC های کوچک: جایگزینی برای کنترل کننده های سنتی است. تابعیت گسترش محدود و حداکثر یک یا دو ورودی/خروجی دارند. و برنامه نویسی آنها ،نردبانی یا با دستورات نمادی صورت می گیرد.
PLC های متوسط: این PLC ها ساختار مدولار دارند در نتیجه توسعه و یا تغییر آنها ساده است و تنها با اضافه نمودن یا تغییر مدولها صورت می گیرد . تعداد ورودی/ خروجی زیاد و توسعه سیستم در آینده متصل می باشد. امکانات ارتباطی زیاد دارند و می توان از آنها در کنترل گسترده استفاده کرد و برنامه نویسی آنها نردبانی یا نمادی و یا دستورات گرافیکی است.
PLC های بزرگ : در مواردی که تعداد ورودی ها/ خرروجی ها زیاد است و یا عملیات کنترلی پیچیده است از PLC های بزرگ استفاده می گردد از این PLC ها برای هدایت تعدادی PLC کوچک نیز استفاده می شود و برنامه نویسی این نوع PLC ها معمولا با استفاده از زبان های سطح بالا صورت می گیرد.


هر plc از 5 قسمت اصلی تشکیل شده است:

1- مبع تغذیه (power supply) : ولتاژ AC موجود در سیستم را از برق سیستم به عهده دارد که باعث ایمنی در برابر نویز و نوسانات ولتاژ ورودی در محیط های صنعتی است.
2- واحد پردازنده ی مرکزی (cpu ) : ریز پردازنده با در نظر گرفتن وضعیت ورودی ها برنامه را که در PLC ذخیره شده است اجرا می کند. و بر اساس آن به خروجی دستور فعال کردن خروجی مورد نظر را می دهد.
3- حافظه (Memory) : جهت ذخیره سازی برنامه و اطلاعات استفاده می شود.
4- رابطه برنامه نویسی (programmer) : جهت نوشتن برنامه و انتقال آن به حافظه PLC توسط کاربر استفاده می گردد و از لحاظ شکل ظاهری به دو دسته تقسیم می شوند: 1- یک صفحه کلید کوچک به همراه یک صفحه نمایشگر LCD 2-استفاده از کامپیوتر های شخصی (pc) و یا (LaptoP ( و نصب نرم افزارهای مورد نیاز ویژه ی برنامه نویسی می باشد.
5- واحد ورودی / خروجی (I/O ) : در ارتباط PLC را با دنیای خارج برقرار می کند و سایل ورودی و خروجی دیجیتال تنها دارای دو وضعیت on/off می باشند.

انواع وسایل ورودی:

سنسورها ابزاری هستند که کمیت های فیزیکی نظیر : دما، فشار ، جریان ثابت و سیال ، سطح مایع در مخزن ، وزن ، حرکت مکانیکی سرعت ، شتاب، رطوبت و... را می توان حس کند و این عکس العمل را می تواند به صورت دیجیتال (باز و بسته شدن یک کنتاکت) و یا آنالوگ (ولتاژ پیوسته ) آشکار کند. در طبیعت کمیت های فیزیکی همه پیوسته می باشند بنابراین برای اندازه گیری آنها از انواع سنسورها به همراه مدارات الکترونیکی مورد نیاز استفاده می کنیم.
کارت های ورودی در سه نوع Ac، DC ،و یا AC/DC ساخته می شوند.
از انواع سنسورها می توان به انواع لمیت سوئیچ ها ،LVDT،RTD ، سنسور اثرهال (Hall effect) ، اینکودر (Encoder)کرنش سنج(Stain Guage)و ...

انواع وسایل خروجی :

سو لو نوئید(solenoid) اساس کار اکثر وسائل خروجی دیجیتال است که سیگنال الکتریکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. سولونوئید یک سیم پیچ است که به دور یک هسته توخالی پیچیده می شود و با عبور جریان از سیم پیچ میدان مغناطیسی ویژه ای ایجاد می شود که توسط آن هسته ی متحرک را به داخل می کشد.
و کارت خروجی آْنالوگ PLC سیگنال4 mA تا 20mA را به مبدل جریان الکتریکی به هوای فشرده تبدیل و به (I/P) یا (I to P) می فرستد و در صنایع شیمیایی برای اینکه بتوانیم کیفیت کار را ثابت نگه داریم ازشیر کنترل استفاده می کنیم . کارت های خروجی در سه نوع رله ای ، ترانزیستوری(مربوط به وسائل خروجی DC) و تریاکی ( مربوط به وسائل خروجی AC) ساخته می شوند.



واحد حافظه (cpu):

1- PLC تمام ورودی ها را امتحان می کند کلیدهای قطع معادل 0 و کلیدهای وصل معادل 1 در نظر گرفته می شوند (input scan).
2- ارزش ورودی ها را در داخل قسمتی از حافظه (Data ram) ذخیره می کند این قسمت را تصویر ماژول ورودی (IIR) Input Image Rejister می گوئیم .
3- Cpu برنامه ی موجود در User Progrom RAM را خط به خط خوانده و اجرا می کند و در طی برنامه چنانچه تغییری در ورودی ها ایجاد شود PLC متوجه آن نمی شود چون PLC وضعیت را از IIR می خواندو (User Progrom RAM) جهت نگه داری برنامه در داخل PLC استفاده می شود و می تواند به یکی از صورت های CMOSRAM،EPROMوEEPROM باشد.
4- PLC وضعیت خروجی را در طی اجرای برنامه در (OIR) Image Registe Output تصویر ماژول خروجی ذخیره می کند.
5- پس از پایان اجرای برنامه وضعیت خروجی را از OIR به خروجی می فرستد. کل زمان این مراحل را ُScan time می نامند. چنانچه این زمان از مقدار یعنی بیشتر شودبیانگر این مطلب است که یکی از قسمت های PLC دچار اشکال شده است بنابراین تایمر سگ نگهبان Watch Dog Time درون PL عمل می کند و تمامی خروجی ها را غیر فعال میکند تا عملکرد اشتباه PLC منجر به حادثه نگردد.
پاسخ زمانی PLC حاصل جمع تاخیر نرم افزاری و سخت افزاری موجود در آن می باشد.


انواع زبان های برنامه نویسی در نرم افزار PLC:

IL(Instroction List) : یک زبان سطح پایین و قدیمی است که به صورت متنی می باشد و بیشتر شبیه زبان اسمبلر های میکرو پروسسور است.
FBD( Function Block Diagram) : زبان گرافیکی است که قبلا نیز مورد استفاده قرار می گرفت در FBD برنامه نویسی توسط یک سری بلوک های پایه که در کنار هم قرار می گیرند انجام می شود.
LD(Ladder Diagram) : روش گرافیکی است که قبلا مورد استفاده بوده ولی به صورت پیشرفته تر، روش LD و FBD می توانند به صورت توام در برنامه به کار روند.
ST ( Structured Text ) :یک زبان سطح بالا شبیه C و پاسکال است و کاربردی عالی در الگوریتم های پیچیده ی ریاضی داراست .
SFC( Scquential Function Control): روش جدیدی است در این روش برنامه به مراحلی که ترتیب الگوریتم های کنترلی را نشان می دهد تقسیم می گردد و شامل Step های مختلف برنامه است.

انواع PLC:

از لحاظ شکل ظاهری به دو گروه یکپارچه و مدولاتور تقسیم بندی می شوند.
1- PLC های کوچک معمولا به صورت (Compact) یکپارچه طراحی و ساخته شده اند به این معنا که منبع تغذیه و cpu و ماژول های ورودی و خروجی به صورت یکپارچه در کنار هم متصل هستند و یک واحد تلقی می شوند در این نوع PLC قادر به نگهداری فقط 1000 خط برنامه می باشد اما مکانی جهت اتصال به پروگرام و ورودی و خروجی هی اضافی وجود دارد .
2- در انواع مدولاتور بر خلاف نوع یکپارچه کاربر می تواند ماژول های ورودی و خروجی دلخواه را از آن خانواده بسته به نیاز خود انتخاب و در کنار هم قرار دهد . که شامل کارت های جداگانه منبع تغذیه ، cpu، وردی و خروجی به تعداد مورد نیاز می باشد که به ترتیب روی RACK و در داخل (SLOTS) شکاف ها نصب می شوند.

مد های کاری PLC:

STOP: در این در پردازش برنامه متوقف می شود ، دسترسی I/O نداریم و cpu به صورت Reedو Write قابل دسترسی است یعنی می توان برنامه را خواند و یا برنامه جدیدی به آن انتقال داد.

RUN: در این دو برنامه اجرا می شود cpu به I/O (ورودی/خروجی) دسترسی دارد ،برنامه به صورت فقط خواندنی است یعنی نمی توان برنامه جدیدی را به آن (Down Load) وارد کرد.
RUN-P : در این برنامه اجرا می شود cpu به I/O (ورودی/خروجی) دسترسی دارد و cpu هم به صورت خواندنی و نوشتنی قابل دسترسی است.
Mers: این وضعیت برای ری ست کردن حافظه cpu به کار می رود یعنی هم مقادیر متغیر های حافظه و هم برنامه ای توسط کاربر به حافظه ارسال شده پاک می گردد.
در PLC ها اپراتور تنها با دانستن روش کار با کامپیوتر و نرم افزار مورد نیاز بدون نیاز به اطلاعات تخصصی می تواند سیستم را کنترل کند،از جمله PLC می توان به نمونه های زیر اشاره کرد:

1- خانواده PLC های S5 و S7 زیمنس آلمان
2- خانواده PLCهای OMRON ژاپن
3- خانواده PLC های تله مکانیک فرانسه
4- خانواده PLCمیتسوبیشی ژاپن
5- خانواده PLC ،LG کره
6- خانواده PLC آلن برادلی آمریکا
7- خانواده PL آلن برادلی آمریکا
8- ...

در این دسته بندی ی توان محصولات PLC شرکت کنترونیک ایران را نیز طبقه بندی کرد. این شرکت 24 سال پیش توسط سازمان گسترش و نوسازی صنایع ایران تاسیس گردید و در سال 1372 به بخش خصوصی واگذار گردید.
زمینه فعالیت شرکت اتوماسیون صنعتی بوده و در این سالها همواره در جهت گسترش زمینه های مختلف گام برداشته است. مهمترین تولیدات این شرکت عبارتند از سیستم های کنترا صنعتی شامل PLC ،کنترلرCNC – درایو برای موتورهای AC و DC و کنترلرهای خاص صنعتی و زبان برنامه نویسی CSTL جهت سیستم های PLC تولید شده این شرکت ابداع شده و این زبان شباهت زیادی به S5 شرکت زیمنس دارد شرکت کنترونیک معتقد است که توانایی رقابت با نمونه های خارجی PLC خود را دارد .
و البته برای ارزیابی یک PLC باید به ویژگی هایی نظیر زمان اجرای یک سیکل، سادگی زبانبرنامه نویسی و قابلیت توسعه و ... را در نظر گرفت . اما در اکثر موارد به دلیل فاکتورهایی نظیر استاندارد بودن ،قابلیت پیشرفت و آموختن نحوه ی کار و... در اکثر مواردی نظیر آموزش و کاربرد و... از زیمنس آلمان استفاده می کنند.
در طبقه بندی محصولات زیمنس ، PLC ها در مجموعه محصولات Simatic قرار می گیرند.
Simatic s5 : این PLC ها نسبتاً قدیمی هستند و انواع مختلفی دارند و در هر دو نوع compact و Modular وجود دارند اما حوزه عملکرد ی محدود دارند و برای سیستم های کنترلی با ابعاد متوسط به کار می روند . برنامه نویسی PLC با نرم افزار step 5 انجام می گیرد.

Simatic s7 :این PLC ها بعد از S5 عرضه شده اند و به سه خانواده مختلف تقسیم می شوند.
S7-200 که به صورت compact و برای سیستم های کنترلی کوچک به کار می رود.
S7-300 که modular است و عملکرد متوسط دارد.
S7-400 نیز modular است ولی می تواند حوزه عملکرد وسیع داشته باشد . این PLC ها با نرم افزار step 7 برنامه نویسی و پیکر بندی می شود. در step 7 علاوه بر برنامه نویسی می توان سخت افزار سیستم و شبکه را از طریق آن پیکر بندی نمود.

Logo!Logic Modules :

Logo کنترل کننده ی ساده و ارزان قدیمی است که برای کارهای کنترلی کوچک (مانند ساختمانها یا ماشینها ی کوچک )کاربرد دارد.این PLC به صورت compact است و برنامه ریزی آن توسط کلیدهای روی آن انجام می شود و این PLC از طریق کامپیوتر باید نرم افزار Comfort Logo!Soft نصب گردد.

Simatic c7 :

C7 ترکیبی است از operator control و s7-300 . علاوه بر این که کارهای کنترلی را انجام می هد بر روی نمایشگر آن می توان پیغام ها ،رخدادها، مقادیر مربوط به فرآیند را دید. برای برنامه نویسی این PLC باید علاوه بر step7 نرم افزار protool نیز روی کامپیوتر نصب شود.

Simatic 505 :

سری 505 که خود انواع مختلفی دارد برای کاربرد در حوزه های کوچک و متوسط است همه اعضای این خانواده به صورت compact هستند و برنامه نویسی آنها با نرم افزار TI SOFT انجام میگیرد.

PLC های سریs7-400:

PLC های سری s7-400 در نیروگاه اتمی اسفاده می شوند. s7-400 ،کاربرد وسیعی دارد modular است و حجم وسیعی از سیگنالها را می تواند تحت پوشش قرار دهد . در مقایسه با s7-300 سرعت پردازش ،حافظه بیشتر و امکانات وسیع تری را داراست و برنامه نویس آن با step7 انجام می گیرد.
s7-400H : پایه آن همان s7-400 است ولی در جایی که High Availability مورد نیاز است به کار می رود.
s7-400FH : پایه آن همان s7-400 است توانایی s7-400FH را دارد و توانایی F-system را نیز دارد یعنی برای کاربرد هایی که درجه ایمنی بالا نیاز داد مناسب است.

جایگاه نرم افزار step7 :

در هنگام طراحی معمولاً نیازی به این که PLC یا ماشین در کنار PCیا PG موجود باشد ، نیست فقط لازم است که قبل از شروع به کار فرآیند به خوبی مطالعه شده ، ورودی و خروجی ها مشخص باشند و منطق کنترل معلوم شده باشد وپس از تکمیل برنامه لازم است آن را به PLC دانلود کنیم و در این حالت PC یا PG نرم افزار و PLC ابزار کار هستند.

اجزای اصلی تشکیل دهنده ی s7-400:

رک (Rack) : نگهدارنده ی ماژول ها ، تغذیه کننده ماژول ها و ایجاد ارتباط با آنها
منبع تغذیه (power supply motules :ps)
واحد پردازشگر مرکزی (central processing :cpu)
(Interface module : IM) : ایجاد ارتباط بین چند رک
(signal module : SM) : اتصال با سیگنالهای ورودی و خروجی( I/O)
commumcation processor :CP ) ) : ایجاد ارتباط با شبکه
(function module : FM) : ماژول هایی هستند که فانکشن خاصی از cpu را اجرا می کنند و به اصطلاح باری از دوش کارتCPU بر میدارند و در عین حال می توانند با CPU تبادل اطلاعات داشته باشد.
کارت حافظه (Memory Cards): برای ذخیره برنامه و پارامتر های کاربر.



استاندارد IEC 1131 :

در سال 1979 یک گروه متخصص در IEC ،کار بررسی جامع PLC ها را شامل سخت افزار و نرم افزار برعهده گرفت هدف این گروه تدوین روش های خاصی بود که موارد فوق را پوشش دهد و توسط سازندگان PLC به کار گرفته شود این کار 12 سال طول کشید و نهایتاً استاندارد IEC 1131 شکل گرفت و جنبه های مختلف ان وسیله از طراحی سخت افزار گرفته تا نصب ،تست ،برنامه ریزی و ارتباطات آن را زیر پوشش قرار داد.

کاربرد PLC در صنایع:

امروزه کاربرد PLC در صنایع در فرآیندهای مختلف صنعتی به وفور به چشم می خورد.
1- صنایع خودرو سازی : از قبیل عملیات سوراخ کاری خودکار ، اتصال قطعات ، همچنین آزمودن قطعات و تجهیزات اتومبیل ، سیستم های رنگ پاش وشکل دادن بدنه به وسیله پرس های خودکار و....
2- صنایع پلاستیک سازی : از قبیل ماشینهای ذوب و قالب گیری تزریقی ، دمش هوا سیستم های تولید و آنالیز پلاستیک.
3- صنایع سنگین: از قبیل کولرهای صنعتی ،سیستم های کنترل خودکار وسایل و تجهیزات که ذوب فلزات استفاده می شود.
4- صنایع شیمیایی: از قبیل سیستم های مخلوط کننده دستگاههای ترکیب کننده مواد با نسبت های متفاوت و غیره ...
5- صنایع غذایی: از قبیل سیستم های سانتر فیوژ ، سیستم های عصاره گیری و بسته بندی و ...
6- صنایع ماشینی: ازقبیل صنایع بسته بندی ،صنایع چوب ، سیستم های سوراخ کاری ، سیستم های اعلان خطر و هشدار ، سیستم های مورد استفاده در جوش فلزات و...
7- خدمات ساختمانی : از قبیل آسانسور ها کنترل هوا و تهویه ی مطبوع ،سیستم های روشنایی خودکارو...
8- سیستم های حمل و نقل : از قبیل جرثقیل ها ، سیستم های نوار نقاله و تجهیزات حمل و نقل و ...
9- صنایع تبدیل انرژی(برق ، گاز ،آب) : از قبیل استگاههای تویت فشار گاز ، ایستگاههای توید نیرو، کنترل پمپ های آب ، سیستم های آب و هوای صنعتی ، سیستم های تصفیه و باز یافت گازو...



نوشته شده در تاریخ یکشنبه 91/5/8 توسط سعید

نیمه هادی ها

اتم های عناصر مختلف دارای الکترونهایی هستند که در مدارهای مختلفی به دور هسته گردش می کنند . الکترونهایی که در مدارهای نزدیک به هسته گردش می کنند انرژی کمتری دارند اما از طرف هسته ، نیروی جاذبه بیشتری بر آنها وارد می شود و در نتیجه نمی توان به آسانی این الکترونها را از اتم جدا کرد . در هر اتم ، آخرین مدار را لایه ظرفیت یا لایه والانس می گویند و الکترونهای این لایه را الکترونهای ظرفیت یا والانس می نامند . الکترونهای والانس انرژی بیشتری نسبت به بقیه الکترونها دارند اما وابستگی آنها به هسته کمتر از بقیه الکترونها می باشد . در شکل (1) ساختمان اتمی اتم مس نمایش داده شده است . همانطور که در این شکل مشاهده می کنید اتم مس فقط یک الکترون والانس دارد . 



ساختمان اتمی اتم مس  شکل(1)

اجسام موجود در طبیعت بر اساس تعداد الکترونهای والانس اتم های تشکیل دهنده آنها به سه دسته اجسام هادی ، اجسام عایق و اجسام نیمه هادی تقسیم می شوند که در ادامه به بررسی آنها می پردازیم .

اجسام هادی : اتم های تشکیل دهنده این اجسام کمتر از چهار الکترون والانس دارند و این الکترونها به راحتی از قید هسته آزاد می شوند . اجسام هادی الکترونهای آزاد زیادی دارند و این الکترونهای آزاد سبب عبور جریان برق می شوند . به این اجسام رسانا هم می گویند . فلزات یک تا سه ظرفیتی هادی های خوبی هستند و بهترین هادی ها عبارتند از : نقره ، مس و طلا .

اجسام عایق : اتم های تشکیل دهنده این اجسام معمولاً دارای پنج تا هشت الکترون والانس هستند . به علت اینکه انرژی داده شده به اتم های اجسام عایق میان تعداد زیادی الکترون والانس تقسیم می شود انرژی دریافت شده توسط هر الکترون بسیار ناچیز است و بنابراین این الکترونها به سختی از اتم جدا می شوند و همین امر سبب می شود که اجسام عایق در وضعیت معمولی دارای الکترونهای آزاد بسیار کمی بوده و جریان برق را از خود عبور ندهند .

اجسام نیمه هادی : اتم های تشکیل دهنده اجسام نیمه هادی معمولاً دارای چهار الکترون والانس می باشند . اجسام نیمه هادی در دمای صفر مطلق ( 273– درجه سانتیگراد ) تقریباً عایق هستند . در دمای اتاق ( 25 درجه سانتیگراد ) ، انرژی حرارتی محیط باعث آزاد شدن تعدادی از الکترونهای والانس می شود و هدایت الکتریکی در جسم بالا می رود . در دمای اتاق ، هدایت الکتریکی نیمه هادی ها بهتر از عایق ها و بدتر از هادی ها می باشد . نیمه هادی های پرکاربرد عبارتند از کربن ، سیلیسیم ( سیلیکن ) ، ژرمانیوم ، توریم ، زیرکونیوم و هافنیوم که از بین آنها سیلیسیم و ژرمانیوم در برق و الکترونیک کاربرد فراوان دارند . در ادامه به بررسی نیمه هادی های سیلیسیم و ژرمانیوم می پردازیم .

سیلیسیم دارای عدد اتمی 14است . یعنی دارای 14 پروتون و 14 الکترون است . ژرمانیوم دارای عدد اتمی 32 است . یعنی 32 پروتون و 32 الکترون دارد . در شکل (2) ساختمان اتمی سیلیسیم و در شکل (3) ساختمان اتمی ژرمانیوم نمایش داده شده است . همانطور که در این شکل ها مشاهده می کنید هر یک از اتم های سیلیسیم و ژرمانیوم دارای چهار الکترون والانس هستند . ساختمان اتمی اتم سیلیسیم شکل (2) 


ساختمان اتمی اتم ژرمانیوم شکل(3)



به علت اینکه سیلیسیم و ژرمانیوم در مدار آخر خود چهار الکترون دارند ، تمایل دارند که مدار آخر خود را کامل کرده و به حالت پایدار برسند . برای این منظور هر اتم با هر یک از چهار اتم مجاور خود یک الکترون به اشتراک می گذارد . این نوع پیوند بین اتم ها را پیوند اشتراکی یا کووالانسی می گویند . در شکل (4) پیوندهای کووالانسی بین اتم های سیلیسیم نمایش داده شده است . پیوندهای کووالانسی بین اتم های سیلیسیم شکل (4)


در یک بلور سیلیسیم یا ژرمانیوم ، در دمای صفر مطلق به علت اینکه تمامی پیوندهای کووالانسی بین اتم ها برقرار است و هیچ الکترون آزادی وجود ندارد بلور سیلیسیم یا ژرمانیوم یک عایق کامل می باشد . اما با افزایش دما جنبش الکترونهای والانس افزایش یافته و بعضی از پیوندهای کووالانسی بین اتم ها شکسته شده و الکترونهایی آزاد می شوند و به این ترتیب هدایت الکتریکی در کریستال های سیلیسیم و ژرمانیوم افزایش می یابد . هر چه دما بیشتر افزایش یابد پیوندهای کووالانسی بیشتری شکسته شده و تعداد الکترونهای آزاد بیشتر می شود و در نتیجه هدایت الکتریکی کریستال افزایش می یابد . به ازای جدا شدن هر الکترون از یک اتم ، یک جای خالی الکترون در آن اتم ایجاد می شود که به آن حفره می گویند . در شکل (5) نحوه ایجاد یک حفره نمایش داده شده است . 

ایجاد حفره در اثر انرژی گرمایی شکل(5)



الکترونهای آزاد شده در کریستال به صورت نامنظم حرکت می کنند . اگر به صورت اتفاقی الکترونی به حفره ای نزدیک شود جذب حفره می گردد . بنابراین تا زمانی که نیرویی از خارج بر کریستال اعمال نشود آزاد شدن الکترونها و جذب آنها به وسیله حفره ها به طور نامنظم ادامه می یابد . اما زمانی که ولتاژی به دو سر کریستال اعمال می شود ، الکترونهای آزاد به طرف قطب مثبت باتری حرکت می کنند و جریانی در کریستال اعمال می شود که ناشی از حرکت الکترونهاست و به آن جریان الکترونها می گویند . جریان دیگری نیز در کریستال وجود دارد که ناشی از حرکت حفره هاست . اگر در اتمی حفره ای وجود داشته باشد این حفره از اتم مجاور ، الکترونی را جذب می کند . اما جای الکترون جذب شده ، حفره جدیدی ایجاد می گردد و با اینکه حفره ها حرکت نمی کنند اما به نظر می رسد که آنها در حال حرکت هستند . به این ترتیب وقتی الکترونی مثلاً از راست به چپ حرکت می کند به نظر می رسد که حفره از چپ به راست در حرکت است . دقت داشته باشید که همواره جهت حرکت فرضی حفره ها در خلاف جهت حرکت الکترونها می باشد .
چون تعداد الکترونهای آزاد و حفره های ایجاد شده در کریستال های سیلیسیم و ژرمانیوم در اثر انرژی گرمایی به اندازه کافی زیاد نیست این کریستال ها قابلیت هدایت الکتریکی خوبی ندارند . برای افزایش قابلیت هدایت الکتریکی این نیمه هادی ها به آنها ناخالصی اضافه می کنند . اضافه کردن ناخالصی به نیمه هادی ها به دو شکل صورت می گیرد .
1- ناخالص کردن کریستال نیمه هادی با اتم پنج ظرفیتی
2- ناخالص کردن کریستال نیمه هادی با اتم سه ظرفیتی

ناخالص کردن کریستال نیمه هادی با اتم پنج ظرفیتی : در این روش عناصر پنج ظرفیتی مانند آرسنیک (As) ، آنتیموان (Sb) و یا فسفر (P) را که در لایه ظرفیت خود پنج الکترون دارند به کریستال سیلیسیم یا ژرمانیوم اضافه می کنند . به عنوان مثال در شکل (6) عنصر پنج ظرفیتی آرسنیک به کریستال سیلیسیم اضافه شده است . 


ناخالص کردن بلور سیلیسیم با عناصر پنج ظرفیتی شکل(6)


همانطور که در شکل (6) مشاهده می کنید اتم ناخالصی آرسنیک با چهار اتم سیلیسیم مجاور خود تشکیل پیوند اشتراکی می دهد و چون در لایه ظرفیت اتم آرسنیک فقط جای 8 الکترون وجود دارد یک الکترون اتم ناخالصی به راحتی از قید هسته آزاد می گردد و به صورت الکترون آزاد درمی آید . پس با افزودن هر اتم ناخالصی ، یک الکترون آزاد به وجود می آید . با تنظیم مقدار اتم ناخالصی ، تعداد الکترونهای آزاد کریستال را کنترل می کنند . علاوه بر الکترونهای آزادی که از افزودن اتم ناخالصی در کریستال به وجود می آیند تعداد کمی الکترون نیز در اثر انرژی گرمایی محیط از قید هسته آزاد می شوند و جای خالی آنها حفره ایجاد می گردد . اتم ناخالصی که به کریستال یک الکترون آزاد می دهد و خود به صورت یون مثبت درمی آید اتم اهدا کننده نام دارد . چون در این کریستال ها تعداد الکترونهای آزاد که عمل هدایت الکتریکی را انجام می دهند به مراتب بیشتر از تعداد حفره ها است به الکترونهای آزاد ، حامل های اکثریت و به حفره ها ، حامل های اقلیت می گویند . این نوع کریستال ها را که حامل های اکثریت آنها الکترون ها هستند کریستال های نوع N می نامند که N از کلمه Negative به معنی منفی گرفته شده است . زیرا در این نوع کریستال ها بار حامل های اکثریت یعنی الکترونها منفی است . البته کل کریستال از نظر بار الکتریکی خنثی است زیرا بارهای مثبت و منفی آن با هم برابرند . در شکل (7) تصویری نمادین از حامل های اکثریت و اقلیت در نیمه هادی نوع N نمایش داده شده است . در این شکل دایره های سفید رنگ ، بیانگر حفره و دایره های قرمز رنگ دنباله دار ، بیانگر الکترونهای آزاد در حال حرکت هستند .


نیمه هادی نوع N شکل(7)


ناخالص کردن کریستال نیمه هادی با اتم سه ظرفیتی : هرگاه یک عنصر سه ظرفیتی مانند آلومینیوم (Al) ، گالیم (Ga) و یا ایندیم (In) را که در مدار ظرفیت خود سه الکترون دارند به کریستال سیلیسیم یا ژرمانیوم خالص اضافه کنیم الکترونهای مدار آخر عنصر ناخالصی مانند آلومینیوم با الکترونهای والانس اتم های مجاور خود تشکیل پیوند کووالانسی می دهند . به این ترتیب در مدار آخر اتم ناخالصی هفت الکترون در حال گردش هستند که در نتیجه یک جای خالی یا حفره ایجاد می شود . در شکل (7) اضافه کردن اتم ناخالصی آلومینیوم به کریستال سیلیسیم نمایش داده شده است . ناخالص کردن بلور سیلیسیم با عناصر سه ظرفیتی شکل (8)


همانطور که در شکل (8) مشاهده می کنید با افزودن یک اتم سه ظرفیتی به یک کریستال نیمه هادی یک حفره ایجاد می شود . ممکن است الکترونی در اثر داشتن انرژی جنبشی کافی ، پیوند خود با الکترون دیگر را شکسته و محل این حفره را پر نماید که در این صورت حفره جدیدی در کریستال ایجاد می شود . بنابراین به ازای اضافه کردن هر اتم سه ظرفیتی به یک نیمه هادی ، مطمئناً یک حفره در آن نیمه هادی ایجاد می شود . به اتم سه ظرفیتی که قادر است یک الکترون آزاد را جذب کند اتم پذیرنده گویند . اتم پذیرنده با دریافت الکترون به صورت یون منفی درمی آید . در اثر گرمای محیط تعداد کمی الکترون نیز انرژی لازم را کسب می کنند و از هسته خود جدا می شوند و به صورت الکترون آزاد درمی آیند . بنابراین در کریستال علاوه بر تعداد زیادی حفره که حامل های اکثریت هستند ، تعداد اندکی الکترون آزاد یعنی حامل های اقلیت نیز وجود دارند . چون در این نوع کریستال ها ، حفره ها که دارای بار مثبت هستند حامل های اکثریت هستند این نوع کریستال ها را ، کریستال های نوع P می نامند که P از کلمه Positive به معنای مثبت گرفته شده است . در شکل (9) تصویری نمادین از حامل های اکثریت و اقلیت در نیمه هادی نوع P نمایش داده شده است . 

نیمه هادی نوع P شکل(9)




نوشته شده در تاریخ چهارشنبه 91/3/24 توسط سعید

سیم پیچ

هرگاه از یک سیم جریان عبور کند در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی ایجاد می شود . اگر مقدار جریان ثابت باشد ، شدت میدان مغناطیسی در هر نقطه از اطراف سیم ثابت خواهد بود . همچنین در این حالت جهت میدان مغناطیسی نیز همواره ثابت خواهد بود . اما در صورتی که مقدار جریان متغیر باشد ، در اطراف سیم یک میدان مغناطیسی متغیر ایجاد خواهد شد . یعنی در این حالت شدت و جهت میدان مغناطیسی پیوسته تغییر می کند . اما در هر حال شدت میدان مغناطیسی ایجاد شده ، در هر لحظه در نزدیکی سیم بیشتر است و هر چه از سیم دورتر شویم میدان مغناطیسی ضعیف تر می شود . حال اگر یک سیم راست را پیچیده و به شکل فنر درآوریم ، با عبور جریان از آن ، میدان مغناطیسی اطراف حلقه های این سیم پیچ با هم جمع شده و یک میدان مغناطیسی قوی تر را تشکیل می دهند که این میدان مغناطیسی شبیه به میدان مغناطیسی اطراف یک آهن ربای دائم می باشد . به این سیم پیچ ، بوبین یا سلف نیز می گویند . در شکل های (1) و (2) تصاویری از چند سیم پیچ نمایش داده شده است . در شکل (3) نیز علامت اختصاری سیم پیچ نمایش داده شده است . سیم پیچ شکل (1)


سیم پیچ شکل(2)
 
  علامت اختصاری سیم پیچ شکل(3)


جهت میدان مغناطیسی ایجاد شده در اطراف یک سیم راست حامل جریان را می توان از قانون دست راست بدست آورد . بر اساس این قانون اگر مطابق شکل (4) سیم راست حامل جریان را به گونه ای در دست راست بگیریم که انگشت شست در جهت جریان باشد ، جهت خم شدن چهار انگشت دیگر ، جهت میدان مغناطیسی در اطراف سیم را نشان می دهد . برای تعیین جهت میدان مغناطیسی در داخل یک سیم پیچ نیز می توان از قانون دست راست استفاده کرد . بر اساس این قانون اگر مطابق شکل (5) سیم پیچ را طوری در دست راست بگیریم که جهت چهار انگشت در جهت جریان باشد ، انگشت شست جهت میدان مغناطیسی در داخل سیم پیچ را نشان می دهد . فلش های موجود در شکل (5) جهت جریان در سیم پیچ را نشان می دهند.  شکل (4)  

 
قانون دست راست شکل(4)
 

قانون دست راستقانون دست راست شکل(5)
 

معمولاً سیم ها را بر روی هسته می پیچند . هسته می تواند از جنس مواد مغناطیسی و یا غیر مغناطیسی باشد . در مواردی که میدان ایجاد شده توسط سیم پیچ به اندازه کافی قوی باشد از هسته های غیر مغناطیسی یا همان مواد عایق استفاده می کنند و در سایر موارد از هسته های مغناطیسی استفاده می شود . استفاده از هسته های مغناطیسی باعث می شود که کلیه خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط سیم پیچ از داخل سیم پیچ گذشته و تلفات خطوط میدان به حداقل برسد و در نتیجه سبب قوی تر شدن میدان مغناطیسی می شوند . در مواردی که نیازی به هسته های مغناطیسی نباشد و سیم پیچ به اندازه کافی ضخیم باشد به طوری که بتواند حالت خود را حفظ کند ، می توان از هسته استفاده نکرد و یا به عبارتی هسته در این حالت هوا خواهد بود . به سیم پیچ هایی که دارای هسته فلزی هستند و تعداد دور استانداردی سیم دارند ، در اصطلاح چوک ( Choke ) می گویند . مانند چوک مهتابی که معمولاً به اشتباه آن را ترانس مهتابی می گویند . در ادامه به بررسی خاصیت خودالقایی سلف می پردازیم .
زمانی که از یک هادی جریان متناوبی عبور می کند در یک نیم سیکل جریان متناوب ، یک میدان مغناطیسی در اطراف سیم پیچ ایجاد می شود و سپس به تدریج از بین می رود . در نیم سیکل بعدی نیز میدان مغناطیسی در جهت مخالف ایجاد می شود و سپس به تدریج از بین می رود و این روند ادامه می یابد . زمانی که میدان مغناطیسی در حال ایجاد شدن است ، خطوط میدان مغناطیسی از مرکز هادی به طرف خارج گسترش می یابد و میدان مغناطیسی در حال گسترش به وسیله هادی قطع می شود و در نتیجه در دو سر هادی ولتاژی القا می شود . با کم شدن میدان مغناطیسی و قطع شدن خطوط میدان توسط هادی ، مجدداً ولتاژی در هادی القا می شود . بنابراین افزایش و یا کاهش جریان در هادی ، سبب گسترش و یا فروکش کردن میدان مغناطیسی در اطراف هادی می شود و متناسب با تغییرات میدان ، ولتاژی در دو سر هادی القا می گردد . این خاصیت را خودالقایی می گویند . توجه داشته باشید که اگر جریان عبوری از هادی ثابت باشد ، میدان مغناطیسی ایجاد شده نیز ثابت خواهد بود و لذا ولتاژی در دو سر هادی القا نمی شود . ولتاژ القا شده در هادی دارای مقدار و جهت است . مقدار این ولتاژ به میزان تغییرات شدت میدان مغناطیسی و اندوکتانس هادی بستگی دارد . تغییرات میدان مغناطیسی نیز خود وابسته به سرعت تغییرات جریان و یا به عبارتی وابسته به فرکانس جریان و همچنین وابسته به مقدار جریان است . افزایش فرکانس جریان سبب افزایش ولتاژ القا شده و کاهش فرکانس جریان سبب کاهش ولتاژ القا شده می گردد . مقدار جریان نیز با ولتاژ القا شده در دو سر هادی رابطه مستقیم دارد . یعنی هر چه شدت جریان عبوری از هادی بیشتر باشد ، میدان مغناطیسی ایجاد شده در دو سر هادی قوی تر و هرچه شدت جریان کمتر باشد ، میدان مغناطیسی ایجاد شده نیز ضعیف تر خواهد بود . اما برای تعیین جهت ولتاژ القا شده در دو سر هادی از قانون لنز استفاده می شود . طبق قانون لنز جهت ولتاژ القایی همواره به گونه ای است که با عامل به وجود آورنده اش مخالفت می کند . یعنی هنگامی که جریان افزایش می یابد ، جهت ولتاژ القایی به گونه ای است که با افزایش جریان مخالفت می کند و هنگامی که جریان کاهش می یابد ، جهت ولتاژ القایی به گونه ای است که با کاهش جریان مخالفت می کند . بنابراین همواره ولتاژ داده شده به دو سر سیم پیچ با ولتاژ القا شده در سیم پیچ 180 درجه اختلاف فاز دارد . یعنی با زیاد و کم شدن ولتاژ داده شده به دو سر یک سیم پیچ در یک جهت ، ولتاژ القا شده در سیم پیچ در جهت مخالف آن زیاد و کم می شود . در ادامه در رابطه با اندوکتانس سیم پیچ صحبت می کنیم .

اندوکتانس سیم پیچ : در مورد اندوکتانس سیم پیچ باید گفت که اندوکتانس مهمترین مشخصه یک سیم پیچ و در حقیقت یکی از خصوصیات فیزیکی یک سیم پیچ است که مقدار آن وابسته به جنس هسته سیم پیچ ، تعداد دور سیم پیچ ، طول سیم پیچ و سطح مقطع سیم پیچ است و طبق تعریف ، اندوکتانس هر سیم پیچ نشان می دهد که به ازای یک آمپر در ثانیه تغییر در جریان ، چند ولت در سیم پیچ القا می شود . مقدار اندوکتانس هر سیم پیچ از رابطه زیر محاسبه می شود .

که در این رابطه µ پرمابلیته هسته و یا قابلیت نفوذپذیری هسته بر حسب هانری است و نشان دهنده توانایی هسته در متمرکز کردن خطوط میدان مغناطیسی در درون هسته است . پرمابلیته همه اجسام را نسبت به پرمابلیته هوا می سنجند . به این ترتیب که پرمابلیته هوا را یک فرض کرده و پرمابلیته دیگر اجسام را نسبت به آن می سنجند . یعنی به هر جسمی یک عدد به نام ضریب پرمابلیته نسبت می دهند که این عدد نشان دهنده این است که پرمابلیته این جسم چند برابر پرمابلیته هواست و از ضرب این عدد در پرمابلیته هوا ، پرمابلیته آن جسم بدست می آید. در رابطه فوق همچنین A سطح مقطع هسته بر حسب متر مربع ، N تعداد دور سیم پیچ و l طول سیم پیچ بر حسب متر می باشد . با توجه به مطالب فوق ، ولتاژ القا شده در سیم پیچ از رابطه زیر بدست می آید .

یعنی میزان ولتاژ القایی برابر است با حاصلضرب اندوکتانس سیم پیچ در تغییرات لحظه ای جریان نسبت به زمان .
اما زمانی که یک سیم پیچ در یک مدار DC قرار می گیرد به دلیل ثابت بودن میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ ، ولتاژی در دو سر سیم پیچ القا نمی شود و تنها تأثیر آن در مدار ، در لحظات باز و بسته شدن مدار می باشد که در این زمانها ، ولتاژی در دو سر سیم پیچ القا می شود بطوری که با افزایش و کاهش جریان در سیم پیچ مخالفت می کند . البته خود سیم پیچ یک مقاومت اهمی نیز دارد که به دلیل ناچیز بودن مقدار آن ، معمولاً از آن صرفنظر می شود . اما زمانی که یک سیم پیچ در یک مدار AC قرار می گیرد به دلیل متغیر بودن میدان مغناطیسی اطراف سیم پیچ ، همواره یک ولتاژ القایی متغیر که نسبت به ولتاژ داده شده به سیم پیچ 180 درجه اختلاف فاز دارد در دو سر سیم پیچ ایجاد می شود که این ولتاژ القایی همواره سبب کاهش جریان می گردد درست مانند اینکه یک مقاومت اهمی در مدار وجود دارد و جریان را تضعیف می کند . این مقاومت سیم پیچ در برابر جریان را مقاومت القایی سیم پیچ می گویند و آن را با XL نمایش می دهند . مقدار مقاومت القایی به اندوکتانس سیم پیچ و فرکانس جریان عبوری از سیم پیچ بستگی دارد . مقدار مقاومت القایی از رابطه زیر بدست می آید .

که در این رابطه XL مقاومت القایی سیم پیچ بر حسب اهم ، 2π عدد ثابت ، F فرکانس جریان عبوری از سیم پیچ بر حسب هرتز و L اندوکتانس سیم پیچ بر حسب هانری است .

اتصال سیم پیچ ها به صورت سری و موازی :اگر تعدادی سیم پیچ را همانند شکل (6) به صورت سری به یکدیگر وصل کنیم ، اندوکتانس کل برابر مجموع اندوکتانس های موجود در مدار خواهد بود . یعنی داریم
سری بستن سیم پیچ ها    شکل(6)


در این رابطه t ار کلمه total به معنای کل ، گرفته شده است.

به عنوان مثال اگر در شکل (6) ، L1=2mH و L2=3mH و L3=5mH باشند مقدار اندوکتانس کل چقدر است ؟

بنابراین مقدار اندوکتانس کل برابر با 10mH می باشد . 
                                                                       

همچنین در این حالت مقاومت القایی کل نیز برابر مجموع مقاومت های القایی تمامی سیم پیچ ها خواهد بود . یعنی داریم :


حال اگر سیم پیچ ها مطابق شکل (7) به صورت موازی به هم وصل شوند ، اندوکتانس کل از رابطه زیر محاسبه می شود . 
موازی بستن سیم پیچ ها   شکل(7)


همانطور که از رابطه بالا مشاهده می شود در این حالت اندوکتانس کل ، از تک تک اندوکتانس های سیم پیچ های مدار کمتر است .
به عنوان مثال اگر در شکل (7) ، L1=1mH و L2=4mH و L3=5mH ، مقدار اندوکتانس کل چقدر است ؟


بنابراین مقدار اندوکتانس معادل برابر 690µH است که این مقدار از اندوکتانس تک تک سیم پیچ ها کمتر است .

همچنین در این حالت مقاومت القایی معادل از رابطه زیر بدست ی آید .

که این رابطه نیز نشان می دهد که در این حالت مقاومت القایی کل ، از مقاومت القایی تک تک سیم پیچ ها کمتر است .
البته روابط بالا در صورتی برقرار هستند که بین سیم پیچ ها ، القای متقابل وجود نداشته باشد . القای متقابل زمانی به وجود می آید که دو سیم پیچ طوری در نزدیکی یکدیگر قرار گیرند که میدان مغناطیسی متغیر تولید شده توسط هر یک از سیم پیچ ها ، سیم پیچ دیگر را قطع کند و سبب تغییر میدان مغناطیسی آن سیم پیچ و در نتیجه تغییر اندوکتانس و ولتاژ القا شده در آن گردد . در این صورت روابط مربوط به اندوکتانس و مقاومت القایی که در بالا بیان شد ، صادق نبوده و نیاز به تغییراتی پیدا می کنند . برای مشخص کردن میزان القای متقابل بین دو سیم پیچ ، پارامتری به نام اندوکتانس متقابل به این صورت تعریف می شود که هرگاه جریانی با نرخ تغییر یک آمپر بر ثانیه ، ولتاژی برابر با یک ولت در سیم پیچ القا کند ، اندوکتانس متقابل دو سیم پیچ برابر با یک هانری می باشد . مقدار اندوکتانس متقایل دو سیم پیچ بستگی به اندوکتانس هر یک از سیم پیچ ها و همچنین ضریب کوپلاژ بین دو سیم پیچ دارد و از رابطه زیر بدست می آید .

که در این رابطه L1 و L2 اندوکتانس های هر یک از دو سیم پیچ و K ضریب کوپلاژ است . ضریب کوپلاز پارامتری بدون واحد است که می تواند مقداری بین صفر و یک داشته باشد . هرگاه کلیه خطوط میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط یک سیم پیچ ، از سیم پیچ دیگر عبور کند مقدار K برابر یک و چنانچه دو سیم پیچ کاملاً از هم دور باشند و یا طوری قرار گرفته باشند که خطوط میدان مغناطیسی هیچ یک از آنها از دیگری عبور نکند ، مقدار K صفر خواهد بود .


نوشته شده در تاریخ پنج شنبه 91/2/14 توسط سعید
خازن
خازن چیست ؟ خازن (Capacitor) المانی است که انرژی الکتریکی را توسط یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره می کند و تحت شرایطی این انرژی الکتریکی را آزاد می کند . خازن ها به اشکال گوناگون ساخته می شوند که پر استفاده ترین آنها در صنایع برق و الکترونیک خازن های مسطح هستند . این نوع خازن ها از دو صفحه هادی که بین آنها ماده عایقی قرار گرفته است تشکیل می شوند . در شکل (1) ساختمان یک خازن مسطح و در شکل (2) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است . ساختمان خازن مسطح شکل (1) علامت اختصاری خازن شکل (2)






به صفحات خازن ، جوشن های خازن نیز می گویند که معمولا از آلومینیوم ، نقره ، قلع و روی ساخته می شوند . صفحات خازن َدر فاصله ای بسیار نزدیک به هم قرار می گیرند. عایق بین صفحات خازن معمولا از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم می باشد . به عایق بین صفحات خازن دی الکتریک می گویند . دی الکتریک ها انواع مختلفی دارند و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می شود ، معرفی می گردند . این ضریب را ضریب دی الکتریک می نامند و آن را با εr ( اپدر سیلن آر ) نمایش می دهند . ضریب دی الکتریک هوا را 1 در نظر می گیرند .



ضریب دی الکتریک هر ماده نشان دهنده این است که خاصیت دی الکتریکی آن ماده چند برابر خاصیت دی الکتریکی هوا است . به عنوان مثال وقتی گفته می شود ضریب دی الکتریک سرامیک 1200 - 800 است منظور این است که خاصیت دی الکتریکی سرامیک 800 تا 1200 برابر بیشتر از خاصیت دی الکتریکی هوا می باشد .
حال که با ساختمان خازن آشنا شدید یک بار دیگر به تعریف خازن بر می گردیم . گفتیم که خازن المانی است که انرژی الکتریکی را توسط یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره می کند و تحت شرایطی این انرژی را آزاد می کند . اما خازن چگونه می تواند چنین عملی را انجام می دهد ؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید با مفاهیم شارژ و دشارژ خازن آشنا شوید .
شارژ و دشارژ خازن : قبل از اینکه به صفحات خازن ولتاژی اعمال شود ، هر یک از صفحات خازن از نظر بار الکتریکی خنثی هستند یعنی در هر یک از صفحات خازن تعداد الکترونها و پروتونها با هم برابر است . اما زمانی که یک منبع تغذیه DC به دو سر خازن متصل می شود الکترونها از قطب منفی منبع تغذیه به طرف صفحه ای از خازن که به آن قطب متصل است شروع به حرکت می کنند و در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه افزایش می یابد و همزمان همان تعداد الکترون از صفحه دیگر خازن به طرف قطب مثبت منبع تغذیه شروع به حرکت می کنند و در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه کاهش می یابد و به این ترتیب در اثر حرکت الکترونها ، جریانی در مدار جاری می شود و گفته می شود خازن در حال شارژ شدن است . مقدار جریان مدار با ولتاژ دو سر خازن نسبت عکس دارد یعنی هر چه خازن بیشتر شارژ می شود ، جریان مدار کاهش بیشتری می یابد . این روند تا آنجا ادامه می یابد که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ دو سر منبع تغذیه برابر شود و پس از آن حرکت الکترونها متوقف شده و شارژ شدن خازن پایان می پذیرد . یعنی خازن به اندازه ولتاژ منبع تغذیه DC شارژ می شود . همانطور که ملاحظه فرمودید در یک خازن شارژ شده یکی از صفحات خازن دارای بار منفی ( تراکم الکترون ) و صفحه دیگر دارای بار مثبت ( تراکم پروتون ) می شود و همانطور که می دانید بین بارهای ناهمنام نیروی جاذبه ای وجود دارد که این نیروی جاذبه سبب ایجاد یک میدان الکتریکی بین این بارها می شود و در نتیجه بین صفحات شارژ شده یک میدان الکتریکی ایجاد می گردد که به دلیل اینکه بارهای ساکن سبب ایجاد این میدان الکتریکی شده اند به آن میدان الکترواستاتیک گفته می شود . تحت تاثیر این میدان الکترونها تمایل دارند خود را از صفحه دارای بار منفی به صفحه دارای بار مثبت رسانده و با پروتونها ترکیب شوند ، اما دی الکتریک بین صفحات خازن مانع این امر می شود و به این ترتیب یک انرژی الکتریکی توسط میدان الکترواستاتیک در خازن ذخیره می شود . البته همواره تعداد کمی از الکترونها می توانند از دی الکتریک عبور کرده و خود را به بارهای مثبت صفحه مقابل برسانند و جریان خیلی ضعیفی را در دی الکتریک برقرار کنند که این جریان ، جریان نشتی خازن نامیده می شود و مقدار آن بستگی به نوع دی الکتریک دارد و اگر خازن شارژ شده ای از مدار جدا گردد ، در اثر همین جریان نشتی به مرور زمان دشارژ می شود و این همان اتفاقی است که برای باتری هایی که بدون استفاده شدن ، پس از مدت زمانی غیر قابل استفاده می شوند می افتد . حال اگر دو پایه خازن شارژ شده و جدا شده از منبع تغذیه ، به یکدیگر متصل شوند ، الکترونها از صفحه دارای بار منفی به سمت صفحه دارای بار مثبت حرکت کرده و سبب دشارژ شدن خازن می شوند . بنابراین هنگامی که خازن شارژ می شود ولتاژ دو سر آن افزایش می یابد و زمانی که خازن دشارژ می شود ولتاژ دو سر آن کاهش می یابد . در ادامه به بررسی مهمترین مشخه خازن یعنی ظرفیت آن می پردازیم .

ظرفیت خازن : ظرفیت هر خازن نشان دهنده توانایی خازن در ذخیره کردن بار الکتریکی است و بنا به تعریف ، ظرفیت خازن برابر است با مقدار بار الکتریکی که باید روی یکی از صفحات خازن جمع شود تا پتانسیل آن نسبت به صفحه دیگر به اندازه یک ولت افزایش یابد و به عبارت دیگر ، حاصل تقسیم بار الکتریکی (Q) ذخیره شده روی هر یک از صفحات خازن بر اختلاف پتانسیل (V) میان دو صفحه را ظرفیت خازن گویند . ظرفیت خازن را با حرف C نمایش می دهند که از کلمه Capacitance به معنی ظرفیت گرفته شده است . بنابراین میزان ذخیره شدن بار الکتریکی بر روی صفحات خازن ، به ظرفیت خازن بستگی دارد . یعنی در یک ولتاژ برابر ، خازنی که ظرفیت کمتری دارد ، بار کمتر و خازنی که ظرفیت بیشتری دارد ، بار بیشتری را در خود ذخیره می کند . واحد اندازه گیری ظرفیت خازن فاراد است که از نام مایکل فاراده گرفته شده است و آن عبارت است از نسبت یک کولن بار ذخیره شده درهر یک از صفحات خازن به اختلاف پتانسیل یک ولت اتصال داده شده است به دو سر خازن . بنابراین ظرفیت خازن را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود .

که در این رابطه C ظرفیت خازن بر حسب فاراد (F) و Q بار یک صفحه بر حسب کولن (C) و V ولتاژ دو سر خازن بر حسب ولت (V) است . به عنوان مثال اگر به دو سر یک خازن ، یک ولتاژ DC با دامنه 30 ولت اعمال شود و در اثر این ولتاژ ، 60 کولن بار در خازن ذخیره شود ، ظرفیت خازن چقدر است ؟

بنابراین ظرفیت این خازن 2 فاراد است .
فاراد واحد بزرگی است و معمولا در کارهای عملی مورد استفاده قرار نمی گیرد . در عمل از واحدهای کوچکتری استفاده می شود .





اما سوالی در اینجا مطرح می شود و آن این است که ظرفیت یک خازن به چه عواملی بستگی دارد ؟ در پاسخ باید گفت که ظرفیت یک خازن به عوامل مختلفی بستگی دارد که مهمترین این عوامل عبارتند از :
1- مساحت صفحات خازن 2- ثابت دی الکتریک خازن 3- فاصله بین صفحات خازن

مساحت صفحات خازن : هر چه یک خازن دارای صفحات بزرگتری باشد ، ظرفیت بیشتری خواهد داشت . زیرا هر چه صفحات خازن بزرگتر باشند ، بار بیشتری روی آنها ذخیره می شود . بنابراین ظرفیت خازن با مساحت صفحات خازن نسبت مستقیم دارد ، یعنی با دو برابر شدن مساحت صفحات خازن ، ظرفیت خازن نیز دو برابر می شود و بر عکس ، در صورت نصف شدن مساحت صفحات خازن ، ظرفیت خازن نیز نصف می شود .
ثابت دی الکتریک خازن : هر چه ثابت دی الکتریک یک خازن بیشتر باشد ، آن خازن ظرفیت بیشتری خواهد داشت . علت این امر آن است که زمانی که یک دی الکتریک در یک میدان الکتریکی قرار می گیرد مولکولهای دی الکتریک تحت تاثیر میدان الکتریکی به صورت مولکولهای دو قطبی در می آیند . یعنی در هر مولکول دی الکتریک ، بارهای مثبت و منفی از یکدیگر فاصله گرفته و در دو محدوده مجزا قرار می گیرند و بین این بارهای مثبت و منفی یک میدان الکتریکی ایجاد می شود . دو قطبی های حاصل در راستای میدان الکتریکی ایجاد شده بین صفحات خازن قرار می گیرند و همواره قطبهای منفی دو قطبی ها به سمت جوشن دارای بار مثبت و قطبهای مثبت دو قطبی ها به سمت جوشن دارای بار منفی قرار می گیرند . این وضعیت در شکل (3) نمایش داده شده است . نحوه تأثیر دی الکتریک بر ظرفیت خازن شکل (3)
همانطور که در این شکل مشاهده می کنید در لبه سمت چپ دی الکتریک ، بارهای منفی دوقطبی ها جمع شده اند . بین این بارهای منفی و الکترونهای موجود در جوشن دارای بار مثبت ، نیروی دافعه ایجاد شده و الکترونهای موجود در جوشن دارای بار مثبت ، این جوشن را ترک می کنند و در نتیجه بار الکتریکی مثبت این جوشن افزایش می یابد . در لبه سمت راست دی الکتریک نیز بارهای مثبت دوقطبی ها جمع شده اند . این بارهای مثبت الکترونهای بیشتری را به طرف جوشن دارای بار منفی جذب می کنند و سبب افزایش بار منفی این جوشن می شوند . بنابراین استفاده از دی الکتریک باعث می شود بار الکتریکی بیشتری بر روی صفحات خازن ذخیره شود و یا به عبارتی استفاده از دی الکتریک باعث افزایش ظرفیت خازن می گردد . همانطور که می دانید زمانی که الکترونها در یک میدان الکتریکی قرار می گیرند ، در خلاف جهت میدان الکتریکی حرکت کرده و خود را به پلاریته مثبت می رسانند . در یک خازن نیز الکترونهای جوشن دارای بار منفی تمایل دارند که به وسیله میدان الکتریکی بین جوشن های خازن ، خود را به جوشن دارای بار مثبت برسانند اما استفاده از دی الکتریک تعداد زیادی از الکترونها را در رسیدن به این هدفشان ناکام می گذارد زیرا جهت میدان الکتریکی مولکولهای دوقطبی دی الکتریک در خلاف جهت میدان الکتریکی ایجاد شده بین جوشن های خازن است و مجموع میدان های الکتریکی مولکولهای دوقطبی سبب تضعیف میدان الکتریکی ایجاد شده بین جوشن های خازن می شود و در نتیجه فقط تعداد خیلی کمی از این الکترونها می توانند از دی الکتریک عبور کرده و و خود را به جوشن مقابل برسانند و سبب ایجاد جریان نشتی در خازن شوند . بنابراین هر چه در یک خازن از دی الکتریک بهتری استفاده شود ، الکترونهای کمتری می توانند از دی الکتریک عبور کنند و در نتیجه جریان نشتی خازن کمتر می شود . فلش هایی که در شکل (3) رسم شده اند نشان دهنده میدان الکتریکی هستند . همانطور که در این شکل مشاهده می کنید میدان الکتریکی بین لبه های دی الکتریک و جوشن های خازن قوی و میدان الکتریکی بین دو جوشن خازن به سبب وجود دی الکتریک ضعیف است .




فاصله بین صفحات خازن : هر چه فاصله بین صفحات یک خازن کمتر باشد ، مقدار ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود و بر عکس ، هر چه فاصله بین صفحات خازن بیشتر باشد ، خازن ظرفیت کمتری خواهد داشت و این یعنی اینکه مقدار ظرفیت خازن با فاصله بین صفحات آن نسبت عکس دارد . علت این امر این است که هر چه فاصله بین صفحات خازن کمتر باشد ، میدان الکترواستاتیک ایجاد شده بین دو صفحه خازن قوی تر می شود و در نتیجه تعداد بیشتری از مولکولهای دو قطبی شده دی الکتریک در راستای میدان الکترواستاتیک بین صفحات خازن قرار می گیرند و این امر همانطور که قبلا گفته شد سبب افزایش ظرفیت خازن می شود .

البته علاوه بر موارد بالا ، عوامل دیگری نیز همچون درجه حرارت محیط ، فرکانس ولتاژ دو سر خازن و مدت زمان استفاده از خازن در میزان ظرفیت خازن مؤثرند ، اما میزان تاثیر آنها در مقایسه با موارد شرح داده شده ناچیز و نیز بستگی به شرایط و نحوه استفاده از خازن دارد .
با توجه به موارد ذکر شده ، میزان ظرفیت خازن را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود .

که در این رابطه ε ثابت دی الکتریک خازن ، A مساحت صفحات خازن و d فاصله بین صفحات خازن می باشد .
ثابت دی الکتریک هر خازن از رابطه زیر بدست می آید .

که در این رابطه ε ثابت دی الکتریک خازن ، εr ضریب دی الکتریک خازن و ε0 ثابت دی الکتریک هوا است که مقدار آن برابر است با :


به عنوان مثال ظرفیت خازنی که مساحت صفحات آن 0.04 متر مربع و فاصله صفحات آن 0.002 متر و نوع دی الکتریک به کار رفته در آن اکسید آلومینیوم است را محاسبه کنید .

بنابراین ظرفیت این خازن 1.239 نانو فاراد است .
در ادامه به بررسی ضریب حرارتی خازن می پردازیم .

ضریب حرارتی خازن : بر روی بعضی از خازنها ضریبی به نام ضریب حرارتی خازن درج شده است . می خواهیم بررسی کنیم که منظور از این ضریب چیست ؟ ظرفیتی که بر روی هر خازن می نویسند ، ظرفیت آن خازن در دمای اتاق یعنی 25 درجه سانتی گراد می باشد و اگر درجه حرارتی که خازن در آن کار می کند از 25 درجه سانتی گراد بیشتر و یا کمتر شود ، ظرفیت خازن تغییر خواهد کرد . بر همین اساس معمولا بر روی خازنها ضریب حرارتی خازن را درج می کنند که این ضریب نشان دهنده این است که با تغییر درجه حرارت ، ظرفیت خازن چه تغییری می کند . اگر ضریب حرارتی خازن مثبت باشد ، افزایش درجه حرارت ، سبب افزایش ظرفیت خازن می شود و کاهش درجه حرارت ، سبب کاهش ظرفیت خازن می گردد . در صورتی که ضریب حرارتی خازن منفی باشد ، افزایش و کاهش درجه حرارت به ترتیب سبب کاهش و افزایش ظرفیت خازن می شود . البته به دلیل اینکه معمولا تغییرات درجه حرارت تاثیر ناچیزی بر روی ظرفیت خازن می گذارد ، در بسیاری از موارد ضریب حرارتی خازن مورد توجه قرار نمی گیرد و حتی بر روی بعضی از خازنها اصلا درج نمی شود . ضریب حرارتی خازن بر حسب PPM بیان می شود . در مواردی که ضریب حرارتی خازن بر روی آن نوشته می شود معمولا مثبت و منفی بودن ضریب حرارتی خازن را با حروف P و N مشخص می کنند . به عنوان مثال عبارت N500 به معنای ضریب حرارتی 500PPM− و عبارت P300 به معنای ضریب حرارتی 300PPM+ و عبارت NP0 به معنای ضریب حرارتی صفر است .
قبلا گفتیم که اگر به دو سر یک خازن یک ولتاژ DC اعمال کنیم خازن شروع به شارژ شدن می کند و جریانی در مدار برقرار می شود و هر چه خازن بیشتر شارژ می شود جریان بیشتر کاهش می یابد و سرانجام با شارژ شدن کامل خازن ، جریان مدار صفر می شود . اما اگر به دو سر خازن یک ولتاژ AC متصل کنیم چه اتفاقی روی می دهد ؟ در این حالت خازن مرتب شارژ و دشارژ می شود و سرعت شارژ و دشارژ شدن خازن به فرکانس ولتاژ AC بستگی دارد . در این حالت با اینکه جریانی از داخل خازن عبور نمی کند ولی اگر آمپرمتری در مدار داشته باشیم ، آمپرمتر عبور جریانی را از مدار نشان می دهد ، درست مانند اینکه مقاومتی در مدار قرار دارد و جریان را محدود می کند . مخالفت خازن در مقابل جاری شدن جریان را عکس العمل خازنی یا راکتانس خازنی و یا مقاومت خازنی می گویند و آن را با Xc نمایش می دهند . راکتانس خازنی به ظرفیت خازن و فرکانس ولتاژ دو سر خازن بستگی دارد . یعنی هر چه ظرفیت خازن و یا ولتاژ دو سر خازن بیشتر باشد راکتانس خازنی کمتر است و برعکس . راکتانس خازنی را می توان از رابطه زیر محاسبه نمود .

که در این رابطه Xc راکتانس خازنی بر حسب اهم ، f فرکانس ولتاژ دو سر خازن بر حسب هرتز و C ظرفیت خازن بر حسب فاراد است . به عنوان مثال در مدار شکل (4) فرکانس مولد موج سینوسی 1000 هرتز و ظرفیت خازن 1 میکروفاراد است . مقدار راکتانس خازنی را بدست آورید. مثال برای راکتانس خازنی شکل (4)



بنابراین در این مدار راکتانس خازنی 159? است .

ولتاژ مجاز خازن : یکی از مهمترین مشخصه های یک خازن ، ولتاژ مجاز آن می باشد و منظور از آن حداکثر ولتاژی است که می توان به خازن اعمال نمود به طوری که دی الکتریک خازن آسیب نبیند . قبلا گفتیم که زمانی که یک اختلاف پتانسیل به دو سر خازن اعمال می شود یک میدان الکتریکی قوی بین هر یک از جوشن های خازن و لبه های دی الکتریک و یک میدان الکتریکی ضعیف بین دو جوشن خازن ایجاد می شود و هر چه ولتاژ دو سر خازن بیشتر شود ، این میدان های الکتریکی نیز قوی تر می شوند . حال اگر ولتاژ اعمال شده به دو سر خازن از ولتاژ مجاز آن بیشتر شود ، در اثر قوی شدن بیش از حد میدان الکتریکی ، مولکولهای دی الکتریک شکسته شده و بین جوشن های خازن قوس الکتریکی ایجاد می گردد و این قوس الکتریکی سبب تبدیل شدن خازن به یک هادی می شود . بنابراین همیشه باید علاوه بر ظرفیت خازن به ولتاژ مجاز آن نیز توجه داشت . ولتاژ مجاز خازنهای الکترولیتی بر روی آنها نوشته می شود . خازنهای عدسی معمولا دارای ولتاژ مجاز 50 ولت با بالا هستند و ولتاژ مجاز خازنهای پلی استر نیز از 50 ولت به بالاست که معمولا بر روی آنها نوشته می شود . همیشه خازنهای با ولتاژ مجاز بیشتر ، گرانتر هستند .

سری و موازی کردن خازنها : اگر همانند شکل (5) تعدادی خازن با یکدیگر سری شوند ، ظرفیت خازن معادل از رابطه زیر بدست می آید .
سری بستن خازن ها شکل (5)




که در این رابطه C ظرفیت خازن معادل بین نقاط A و B می باشد و مقدار آن از ظرفیت خازنهای C1 ، C2 و C3 کمتر است . به عنوان مثال اگر در شکل (5) ، C1=1µF و C2=2µF و C3=3µF باشند ، مقدار ظرفیت خازن معادل برابر است با :


همانطور که ملاحظه می کنید 0.55µF از مقادیر 1µF و 2µF و 3µF کمتر است . اما در مدار فوق رابطه مربوط به راکتانس خازن معادل به صورت زیر است .

یعنی راکتانس خازن معادل برابر است با مجموع راکتانس های خازنهای سری شده .
بنابراین سری بستن خازنها ، سبب کاهش ظرفیت خازن معادل و افزایش راکتانس خازن معادل می شود .
اما در صورتی که خازنها همانند شکل (6) ، به صورت موازی بسته شوند ، مقدار ظرفیت خازن معادل از رابطه زیر محاسبه می شود .
موازی بستن خازن ها شکل (6)




یعنی ظرفیت خازن معادل برابر مجموع ظرفیت های خازنهای موازی خواهد بود . به عنوان مثال اگر در شکل (6) داشته باشیم C1=1µF و C2=2µF و C3=3µF آنگاه ظرفیت خازن معادل برابر خواهد بود با :

اما در مدار فوق مقدار راکتانس خازن معادل بین نقاط A و B از رابطه زیر بدست می آید .


که در این رابطه Xc راکتانس خازن معادل می باشد . بنابراین موازی بستن خازنها ، سبب افزایش ظرفیت خازن معادل و کاهش راکتانس خازن معادل می گردد . در ادامه به بررسی انواع خازنها می پردازیم .

انواع خازنها : خازنها به دو دسته کلی تقسیم می شوند .
1- خازنهای ثابت 2- خازنهای متغیر

خازنهای ثابت : این خازنها دارای ظرفیت ثابتی هستند و بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نامگذاری می شوند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می شود . مهمترین خازنهای ثابت عبارتند از : 1- خازن سرامیکی 2- خازن میکا 3- خازن ورقه ای 4- خازن الکترولیتی


خازن سرامیکی ( Ceramic Capacitor ) : خازن سرامیکی یکی از پرکاربردترین خازنها می باشد . دی الکتریک به کار رفته در خازن سرامیکی از جنس سرامیک است و به دلیل اینکه سرامیک ثابت دی الکتریک بالایی دارد می توان خازنهای سرامیکی را در اندازه های کوچک و ظرفیت های بالا نسبت به حجمشان ساخت و این یکی از بزرگترین مزیت های خازنهای سرامیکی است . ولتاژ کار این خازنها از 50 ولت به بالاست . ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 1PF تا 100nf است . این نوع خازنها به شکل های عدسی ( دیسکی ) و استوانه ای ( لوله ای ) تولید می شوند . عیب بزرگ این خازنها ضرب حرارتی بالای آنها است که این امرسبب تغییر ظرفیت خازن سرامیکی در اثر تغییر دما می شود . در شکل (7) تصویری از یک خازن سرامیکی عدسی و در شکل (8) تصویری از چند خازن سرامیکی استوانه ای نشان داده شده است . همچنین در شکل (9) تصویری از یک خازن سرامیکی که در ولتاژهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد نمایش داده شده است . خازن سرامیکی عدسی شکل (7) خازن سرامیکی استوانه ای شکل (8) خازن سرامیکی ولتاژ بالا شکل (9)






مقدار ظرفیت خازنهای سرامیکی را ممکن است به همراه واحد آن بر روی خازن بنویسند که در این صورت مقدار ظرفیت خازن به راحتی خوانده می شود . نمونه ای از این نوع تعیین ظرفیت در شکل (10) نمایش داده شده است . کاملا مشخص است که ظرفیت این خازن 100nf است . گاهی برای تعیین ظرفیت خازن فقط از چند عدد استفاده می شود و واحدی برای ظرفیت خازن بر روی آن نوشته نمی شود . در این صورت اگر عدد روی خازن کوچکتر از یک باشد ، آن عدد بیانگر مقدار ظرفیت خازن بر حسب میکروفاراد خواهد بود که نمونه ای از آن در شکل (11) نمایش داده شده است . مقدار ظرفیت این خازن 0.1µF است . اما اگر عدد روی خازن بزرگتر از یک و کمتر از 100 باشد ، آن عدد بیانگر مقدار ظرفیت خازن بر حسب پیکوفاراد خواهد بود که نمونه ای از آن در شکل (12) نمایش داده شده است . در این شکل مقدار ظرفیت خازن 10PF است . حال اگر عدد روی خازن سه رقمی باشد ، دو رقم اول را نوشته و به تعداد رقم سوم به آنها صفر اضافه می کنیم . عدد حاصل مقدار ظرفیت خازن را بر حسب پیکوفاراد نشان می دهد . نمونه ای از این نوع تعیین ظرفیت در شکل (13) نمایش داده شده است که مقدار ظرفیت این خازن 150PF است . خازن سرامیکی عدسی 100 نانو فاراد شکل (10) خازن سرامیکی عدسی 0.1 میکرو فاراد شکل (11) خازن سرامیکی عدسی 10 پیکو فاراد شکل (12) خازن سرامیکی عدسی 150 پیکو فاراد شکل (13)








خازنهای میکا : خازنهای میکا از تعدادی ورقه نازک میکا به عنوان دی الکتریک و تعدادی ورقه نازک فلزی به عنوان صفحات هادی تشکیل می شوند . این ورقه ها به صورت یک در میان روی هم قرار می گیرند . ورقه های فلزی در دو دسته به یکدیگر وصل شده اند تا سطح مؤثر هر صفحه خازن را بزرگتر کنند و ظرفیت خازن بالا رود . هر چه تعداد صفحات فلزی بیشتر و اندازه آنها بزرگتر باشد ، ظرفیت خازن افزایش می یابد . مجموعه ورقه های میکا و فلز در یک محفظه قرار می گیرند . ظرفیت خازنهای میکا کم و از چند پیکوفاراد تا حداکثر 5 نانوفاراد است . از ویژگی های اصلی و مهم این خازنها می توان داشتن ولتاژ کار بالا ، ثبات ظرفیت ، ضریب حرارتی پایین ، عمر کارکرد طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد . در شکل (14) تصویری از یک خازن میکا نمایش داده شده است . خازن میکا شکل (14)







خازنهای ورقه ای : در خازنهای ورقه ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به عنوان دی الکتریک استفاده می شود . این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می شوند . 1- خازنهای کاغذی 2-خازنهای پلاستیکی


خازنهای کاغذی : دی الکتریک این نوع خازنها از یک صفحه نازک کاغذی متخلخل تشکیل شده است که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد . برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می دهند . خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها ، دارای ابعاد فیزیکی بزرگی هستند اما از مزایای این خازنها این است که در ولتاژها و جریان های زیاد می توان از آنها استفاده کرد . در شکل (15) تصویری از یک خازن کاغذی نمایش داده است . خازن کاغذی شکل (15)





خازنهای پلاستیکی : در این نوع از خازنها از ورقه های نازک پلاستیک به عنوان دی الکتریک استفاده می شود . ورقه های پلاستیکی به همراه ورقه های نازک فلزی به صورت لوله شده در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می شوند . امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب ، در مدارات زیاد به کار می روند . این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند و به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می شود که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت وجود داشته باشد . یکی از انواع دی الکتریک هایی که در این نوع خازنها به کار می رود پلی استایرن (Polystyrene) است و از این رو به این خازنها ، پلی استر نیز گفته می شود که از جمله رایج ترین خازنهای پلاستیکی است . ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگاهرتز است . خازنهای پلاستیکی جریان نشتی خیلی کمی دارند . در شکل (16) نمونه ای از خازن های پلاستیکی نمایش داده شده است . خازن پلاستیکی شکل (16)








خازنهای الکترولیتی : اگر دی الکتریک یک خازن طی یک واکنش شیمیایی ایجاد شده باشد آن خازن را یک خازن الکترولیتی و در غیر اینصورت آن را یک خازن خشک می گویند . از خازنهای الکترولیتی به دلیل قابلیتی که در ساخت آنها وجود دارد برای ظرفیت های بالا استفاده می کنند . داشتن ظرفیت زیاد در آنها ناشی از به کار بردن یک لایه دی الکتریک نازک با ضخامت تقریبی کم ( حدود یک نانو متر ) است . چنین لایه ای به وسیله یک عمل شیمیایی ( اکسیداسیون ) بر روی فلزات مناسب همچون آلومینیوم و تانتالیوم تشکیل می شود . در اکثر خازنهای الکترولیتی پلاریته مثبت و منفی مشخص شده است و اصطلاحا گفته می شود خازنهای الکترولیتی قطبی هستند . به همین سبب ، هنگام کار با این نوع خازنها باید دقت نمود ، زیرا اگر خازن به صورت معکوس اتصال داده شود ، دی الکتریک آن از بین رفته و خازن تبدیل به یک هادی می شود و سپس محلول الکترولیت خازن تجزیه می گردد و در اثر گاز ایجاد شده در محفظه ، خازن منفجر می شود . خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می شوند . در شکل (17) علائم اختصاری خازنهای الکترولیتی نمایش داده شده است . علائم اختصاری خازن های الکترولیتی شکل (17)





خازنهای الکترولیتی آلومینیومی : این خازنها از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده اند که یکی از این ورقه ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می شود ، آند و ورقه آلومینیومی دیگرکاتد نامیده می شود . ساختمان داخلی این نوع خازنها به این صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین ورقه های آلومینیومی قرار دارند هم زمان پیچیده شده و به انتهای هر ورقه آلومینیومی یک سیم رابط متصل می شود . سپس این مجموعه را درون یک الکترولیت مناسب غوطه ور می سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند . سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و توسط یک پولک پلاستیکی که سیمهای رابط خازن از آن می گذرد ارتباط فضای داخلی محفظه را با بیرون قطع می کنند . هنگامی که پایه آند به قطب مثبت و پایه کاتد به قطب منفی یک منبع تغذیه متصل می شوند در اثر واکنش شیمیایی بر روی ورقه آند یک لایه عایق اکسید آلومینیوم تشکیل می شود . ولتاژ کار خازن متناسب با ضخامت لایه اکسید است . از معایب این خازنها می توان به تبخیر و خارج شدن الکترولیت از پولک پلاستیکی و بالا بودن جریان نشتی آنها اشاره کرد و از جمله ویژگی های خوب این خازنها داشتن ظرفیت زیاد نسبت به حجمشان است . پایه منفی ( کاتد ) خازنهای الکترولیتی را با نواری که بر روی آن علامت منفی (−) درج شده است مشخص می کنند . بر روی این خازنها ، ولتاژ مجاز و مقدار ظرفیت آنها را به طور مستقیم می نویسند . در شکل (18) تصویری از یک خازن الکترولیتی آلومینیومی نمایش داده شده است . خازن الکترولیتی آلومینیومی شکل (18)




نوشته شده در تاریخ پنج شنبه 91/1/17 توسط سعید

برد بورد

در الکترونیک برای اینکه مداری را به طور موقت بسته و مورد آزمایش قرار دهیم از برد بورد ( Breadboard ) استفاده می کنیم . استفاده از برد بورد سرعت کار را افزایش داده و بستن مدار را بسیار آسان می کند . در شکل (1) تصویری از یک برد بورد نمایش داده شده است .          

برد بوردبرد بوردبرد بوردبرد بورد     شکل(1)
همانطور که در این شکل مشاهده می کنید برد بورد دارای سوراخ های بسیاری است که پایه های قطعات الکترونیکی داخل این سوراخ ها قرار می گیرد . سطح یک برد بورد را می توان به چهار قسمت تقسیم کرد . این چهار قسمت در شکل (2) با رنگ های مختلف و اعداد 1 تا 4 نمایش داده شده اند .   

برد بوردبرد بوردبرد بوردبرد بورد     شکل(2)
سوراخ های قسمت اول ، خود به چهار قسمت تقسیم می شوند که سوراخ های هر قسمت در یک ردیف قرار گرفته و از داخل برد بورد به یکدیگر متصل شده اند . این سوراخ ها معمولاً جهت اتصال قطب های منبع تغذیه به مدار ، مورد استفاده قرار می گیرند . در شکل (3) سوراخ هایی که در قسمت اول قرار دارند و از داخل به یکدیگر متصل هستند توسط خطوط سبز رنگی به هم وصل شده اند .   

برد بوردبرد بوردبرد بوردبرد بورد     شکل(3)
در قسمت دوم ، تمام سوراخ هایی که در یک ستون قرار دارند از داخل به یکدیگر متصل هستند . در این قسمت همانطور که در شکل (2) مشاهده می کنید در هر ستون پنج سوراخ وجود دارد . تمامی این پنج سوراخ از داخل به یکدیگر متصل هستند . در شکل (4) سوراخ هایی که در قسمت دوم قرار دارند و از داخل به یکدیگر متصل هستند توسط خطوط سبز رنگی به هم وصل شده اند . 

برد بوردبرد بوردبرد بوردبرد بورد     شکل(4)
قسمت سوم دقیقاً مشابه قسمت دوم می باشد و هیچ گونه تفاوتی با قسمت دوم ندارد . قسمت چهارم نیز دقیقاً مشابه قسمت اول می باشد . در حقیقت قسمت های سوم و چهارم به ترتیب قرینه قسمت های دوم و اول می باشند .
در شکل (5) تمامی سوراخ های برد بورد که از داخل به یکدیگر متصل هستند توسط خطوط سبز رنگی به هم وصل شده اند . 

برد بوردبرد بوردبرد بوردبرد بورد     شکل(5)
دقت داشته باشید که هرگز نباید هر دو پایه یک المان الکترونیکی را در سوراخ هایی که از داخل به هم متصل هستند قرار داد زیرا در این صورت آن المان عملاً از مدار حذف می شود .
برای اینکه با نحوه بستن مدار بر روی برد بورد بیشتر آشنا شوید یک مدار ساده که بر روی برد بورد بسته شده است در شکل (6) نمایش داده شده است . نقشه این مدار نیز در شکل (7) رسم شده است .

یک نمونه مدار بسته شده بر روی برد بوردیک نمونه مدار بسته شده بر روی برد بورد     شکل(6)



نقشه مدار بسته شده بر روی برد بورد در شکل 6 شکل (7)


.: Weblog Themes By Pichak :.


تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است