خازن و کاربردهای آن

خازن یک جزء الکتریکی دو ترمینال منفعل است که برای ذخیره انرژی به صورت الکترواستاتیکی در یک میدان الکتریکی استفاده می شود.

اشکال خازن های عملی بسیار متفاوت است ، اما همه آنها شامل حداقل دو هادی الکتریکی (صفحات) هستند که توسط یک دی الکتریک (به عنوان مثال ، مقره) جدا شده اند.

هادی ها می توانند فیلم های نازکی از فلز ، فویل آلومینیوم یا دیسک ها و غیره باشند. دی الکتریک “غیر رسانا” برای افزایش ظرفیت شارژ خازن عمل می کند.

یک دی الکتریک می تواند شیشه ، سرامیک ، فیلم پلاستیکی ، هوا ، کاغذ و غیره باشد. خازن برخلاف مقاومت ، انرژی را از بین نمی برد. در عوض ، یک خازن انرژی را به شکل یک میدان الکترواستاتیک بین صفحات خود ذخیره می کند.

 

وقتی اختلاف پتانسیلی در بین هادی ها وجود دارد (به عنوان مثال ، هنگامی که خازن روی باتری متصل است) ، یک میدان الکتریکی در سراسر دی الکتریک توسعه می یابد ، و باعث می شود بار مثبت (+ Q) در یک صفحه جمع شود و بار منفی (-Q) در طرف دیگر صفحه جمع شود.

 

اگر باتری برای مدت زمان کافی به یک خازن متصل شده باشد ، هیچ جریانی نمی تواند از طریق خازن عبور کند. با این وجود ، اگر ولتاژ شتاب دهنده یا متناوب در سرتاسر خازن اعمال شود ، جریان جابجایی می تواند وجود داشته باشد.

 

کاربرد خازن ها

در مدارهای الکترونیکی از خازن ها برای جلوگیری از جریان مستقیم و در عین حال عبور جریان متناوب استفاده می شود. در شبکه های فیلتر آنالوگ ، خروجی منابع تغذیه را صاف می کنند. در مدارهای تشدید کننده رادیوها را با فرکانس های خاص تنظیم می کنند. در سیستم های انتقال قدرت الکتریکی آنها ولتاژ و جریان برق را تثبیت می کنند.

 

مزایای خازن ها

خازن ها از اجزای الکتریکی مهمی هستند که در مدارهای الکترونیکی استفاده می شوند ، زیرا مزایای زیادی از جمله عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالای مدارهایی را که در آنها استفاده می شود ، ارائه می دهند.

 

مدارهای الکتریکی جزئی جدایی ناپذیر از هر دستگاه الکترونیکی است. وظیفه اصلی آنها هدایت و کنترل جریان الکتریکی برای انجام عملکردهای مختلف مانند محاسبه ، انتقال داده و تقویت سیگنال است.

در قلب این دستگاه ها تعدادی از اجزای مختلف وجود دارد که به عنوان فعال یا غیرفعال دسته بندی می شوند. اجزای فعال مدار جریان الکتریکی را تنظیم می کنند. با این حال ، دستگاه ها نمی توانند به طور موثر فقط با اجزای فعال کار کنند. اگرچه به نظر می رسد اجزای غیرفعال در مقایسه با اجزای فعال از اهمیت کمتری برخوردار هستند ، اما اجزای اصلی نقشی اساسی دارند 

آنها عملکرد اجزای فعال را کنترل می کنند و به عنوان مسیری برای شکل موج های سیگنال عمل می کنند.

 

اهمیت اجزای غیرفعال مانند خازن ها و سلف ها

خازن ها و سلف ها عناصر غیر فعال هستند که از مدار نیرو می گیرند ، آن را ذخیره می کنند و سپس تخلیه می کنند.با این حال ، آنها از نظر عملکرد متفاوت هستند. تفاوت های اصلی در زیر ذکر شده است.

 

انتخاب خازن ها و سلف های مناسب

انتخاب خازن ها و سلف های مناسب به عوامل مختلفی بستگی دارد که باید هنگام خرید خازن و سلف مورد توجه قرار گیرد.

اولین چیزی که باید هنگام انتخاب خازن بررسی شود این است که آیا این نوع دی الکتریک است ، زیرا این فاکتور بسیاری از خصوصیات آن مانند اندازه و بسته بندی ، دامنه فرکانس ، مقاومت سری و سایر خصوصیات الکتریکی را کنترل می کند.

 

عملکرد خازن

عملکرد خازن به نوع ماده ای که برای ساخت آن استفاده می شود بستگی دارد.

خازن های الکترولیتی آلومینیومی برای کارایی بالای آنها توصیه می شود. خازن باید ولتاژ کار کافی داشته باشد و خریداران باید اطمینان حاصل کنند که این بالاتر از 60 درصد نیست.

جریان موج دار یکی دیگر از عواملی است که باید هنگام خرید خازن برای کاربردهای جریان بالا مورد توجه قرار گیرد. این جریان باعث گرم شدن خازن می شود و می تواند به مرور زمان مخرب باشد.

 

 

انواع خازن ها

خازن ها از اجزای پرکاربرد در هر دستگاه الکتریکی هستند. آنها از انواع مختلف مواد دی الکتریک شامل سرامیک ، الکترولیتی ، تانتال ، پلی استر و … ساخته شده اند.

خازن های سرامیکی: اینها به طور گسترده ای برای جدا کردن یا دور زدن پین منبع تغذیه مدار مجتمع (IC) استفاده می شوند. آنها همچنین هرگونه سیگنال RF ولگرد را از منبع ولتاژ خارج می کنند.

 

خازن های الکترولیتی: از این خازن ها در مدارها و الکترونیک قدرت که مصرف برق زیاد است استفاده می شود.

 

خازن های تانتالوم: به دلیل استفاده از تانتال ، چنین خازن هایی می توانند در اندازه های بسته بندی کوچکتر ، ظرفیت خازنی بالاتری را ارائه دهند. علاوه بر این ، آنها رفتار پایداری از خود نشان می دهند و جریان نشت کمتری را ارائه می دهند.

 

فاکتورهایی که باید هنگام انتخاب خازن DC در نظر گرفت

انواع مختلفی از خازن ها وجود دارد. سرامیکی ، فیلم ، الکترولیتی و تانتالیوم.

به طور معمول ، خازن های سرامیکی در محدوده یک پیکو فاراد (pf) تا حداکثر 1 میکرو فاراد ظرفیت دارند.

خازن های فیلم به طور معمول دارای ظرفیت در محدوده nano farad (nf) تا 100 micro farads (mfd) هستند.

خازن های الکترولیتی معمولاً دارای خازنی در محدوده 0.1 mfd تا 10k mfd هستند.

بنابراین به طور معمول ، وقتی مقدار خازن کم است ، ابتدا بررسی می کنید که آیا خازن سرامیکی نیاز شما را برآورده می کند یا خیر. چنین خازن هایی ارزان تر از مثلاً یک خازن فیلم معادل هستند.

اگر مقدار خازن زیاد است می توانید یک فیلم یا یک خازن الکترولیتی را انتخاب کنید. خازن های فیلم ارزان تر از خازن های الکترولیتی معادل آن هستند.

 

عامل دیگری که باید به آن توجه شود این است که انواع سرامیک و فیلم خازن های غیر قطبی هستند. نسخه های الکترولیتی خازن های قطبی هستند ، به عنوان مثال ، با یک ترمینال مثبت و منفی.

البته خازن های الکترولیتی غیر قطبی در دسترس هستند. از نظر ولتاژ ، می توانید خازن های سرامیکی ولتاژ بالا با درجه بندی تا 1000 کیلو ولت دریافت کنید. خازن های فیلم به طور معمول حداکثر امتیاز 100kV دارند. حداکثر درجه خازن های الکترولیتی 1 کیلوولت هستند.

به طور خلاصه ، اگر به دنبال مقدار ظرفیت پایین در محدوده پیکو فاراد و همچنین ولتاژ بالا هستید ، اولین انتخاب شما خازن های سرامیکی است.

اگر در محدوده نانو فاراد ، به همراه ولتاژ بالا ، به مقدار ظرفیت بالاتر نیاز باشد ، اولین انتخاب شما خازن های فیلم است.

اگر در محدوده میکرو فاراد ، به همراه ولتاژ پایین تر ، به یک مقدار خازن بالاتر نیز نیاز باشد ، اولین انتخاب شما خازن های الکترولیتی است. سپس دوباره ، حتی در هر سه این دسته بندی گسترده ، بسته به نوع کاربرد ، انواع مختلفی دارید.

روند فناوری در خازن ها

روند فناوری در خازن ها به سمت SMD (دستگاه نصب سطح) ، کوچک سازی ، دمای عملیاتی بالاتر و طول عمر بیشتر است.

خازن های سرامیکی SMD به طور گسترده ای در بسیاری از برنامه ها استفاده می شود. به دلیل مشکلات ناشی از درجه حرارت بالا در مرحله لحیم کاری موج ، از خازن های فیلم و الکترولیز بسیار کمتر استفاده می شود.

کوچک سازی خازن ها به دلیل کوچک شدن PCB هایی که قرار است این خازن ها روی آن نصب شوند ، ضروری شده است.

در مورد خازن های فیلم ، کوچک سازی به دلیل پیشرفت فن آوری در ساخت فیلم متالیزه شده است. به دلیل این کوچک سازی PCB ، نیاز به خازن هایی با دمای کار بالاتر وجود دارد.

قبلاً خازن های الکترولیتی دارای درجه 85 درجه سانتیگراد بودند. اکنون ، 105 درجه سانتیگراد یک امر عادی است و طول عمر آنها از 5000 ساعت به 10 هزار ساعت رسیده است.

خازن های فیلم اکنون با درجه بندی 150 درجه سانتیگراد در دسترس هستند.