خازن. - الکتروتکنیک
سفارش تبلیغ
صبا

الکتروتکنیک
 
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)




.: Weblog Themes By Pichak :.


تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است