دسته‌بندی نشده

خازن چیست و چگونه کار میکند؟

خازن چیست و چگونه کار میکند؟

خازن یک قطعه الکترونیکی است که بار الکتریکی را ذخیره می کند. این از دو صفحه رسانا تشکیل شده است که توسط یک ماده عایق به نام دی الکتریک از هم جدا شده اند. هنگامی که ولتاژی بر روی صفحات اعمال می شود، الکترون ها روی یکی از صفحات جمع می شوند و بار ایجاد می کنند.

تا زمانی که ولتاژ خازنهابرابر با ولتاژ اعمال شده باشد، بار افزایش می یابد. خازن ها در بسیاری از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی برای اهداف مختلفی مانند فیلتر کردن، زمان بندی، ذخیره انرژی و تهویه برق استفاده می شوند.

خازنها اشکال و اندازه های مختلفی دارند و می توانند از مواد مختلفی مانند سرامیک، تانتالیم، آلومینیوم یا کاغذ الکترولیتی ساخته شوند. ظرفیت خاز ن ها، که بر حسب فاراد اندازه گیری می شود، نشان می دهد که چه مقدار بار می تواند برای یک ولتاژ معین ذخیره کند.

خا زن ها یکی از قطعات الکترونیکی غیرفعال اساسی هستند که به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرند. آنها برای ذخیره بار الکتریکی و آزادسازی آن در طول زمان طراحی شده اند.

خاز ن ها از دو صفحه فلزی تشکیل شده است که توسط یک ماده عایق به نام دی الکتریک از هم جدا شده اند. صفحات را می توان از مواد مختلفی مانند آلومینیوم، تانتالیوم یا سرامیک و دی الکتریک می تواند از موادی مانند کاغذ، پلاستیک یا هوا ساخته شود.

هنگامی که یک ولتاژ در صفحات خازنها اعمال می شود، الکترون ها روی یکی از صفحات جمع می شوند و بار منفی ایجاد می کنند. صفحه دیگر دارای بار مثبت است.

مواد دی الکتریک عایق بین صفحات از عبور الکترون ها از طریق آن جلوگیری می کند، بنابراین آنها بر روی صفحات مربوطه خود می مانند. میدان الکتریکی بین صفحات با اضافه شدن بار بیشتری به صفحات افزایش می یابد تا زمانی که به حداکثر ولتاژی که خازنها برای آن طراحی شده است برسد.

خازنها به دلایل مختلفی در الکترونیک کاربرد زیادی دارند. یکی از کاربردهای اولیه خازنها فیلتر کردن نویز یا سیگنال های ناخواسته در مدار است. به عنوان مثال، می توان از یک خـازن برای صاف کردن ولتاژ خروجی منبع تغذیه استفاده کرد.

یکی دیگر از کاربردهای خاز نها ذخیره انرژی است که می تواند بعداً در صورت نیاز آزاد شود. خازنها همچنین می توانند در مدارهای زمان بندی یا نوسانگرها استفاده شوند، جایی که می توان از شارژ و دشارژ خازنها برای ایجاد سیگنال زمان بندی یا نوسان استفاده کرد.

ظرفیت خازنها خاصیت خازنها است که تعیین می کند چه مقدار بار می تواند برای یک ولتاژ معین ذخیره کند. واحد ظرفیت خاز نها فاراد (F) است که واحد بسیار بزرگی است. در عمل، خاز نها معمولاً با میکروفاراد (µF) یا پیکوفاراد (pF) اندازه گیری می شوند.

به طور خلاصه، خازنها قطعات الکترونیکی هستند که می توانند بار الکتریکی را ذخیره کرده و در طول زمان آن را آزاد کنند. آنها به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی برای فیلتر کردن، ذخیره انرژی، زمان بندی و سایر اهداف استفاده می شوند. ظرفیت خاز نها تعیین می کند که چه مقدار بار می تواند برای یک ولتاژ معین ذخیره کند.

انواع خازن

انواع مختلفی از خاز نها وجود دارد که هر کدام ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند. برخی از رایج ترین انواع خازنها عبارتند از:

خازن های سرامیکی: خـا زنهای سرامیکی یکی از پرکاربردترین انواع خا زنها هستند. آنها از جنس سرامیک ساخته شده اند و اندازه کوچک و هزینه کمی دارند. آنها معمولاً برای فیلتر کردن، جداسازی و دور زدن برنامه ها استفاده می شوند.

خازنهای الکترولیتی: خـاز ن های الکترولیتی خاز ن های پلاریزه ای هستند که معمولا در مدارهای منبع تغذیه استفاده می شوند. آنها ظرفیت خـا زنی بالایی دارند و می توانند سطوح ولتاژ بالا را تحمل کنند. آنها در دو نوع هستند: خـاز ن های الکترولیتی آلومینیومی و خاز ن های الکترولیتی تانتالیوم.

خازنهای فیلم: خا زنهای فیلم از یک فیلم پلاستیکی نازک ساخته می شوند که از دو طرف با یک لایه فلزی پوشانده شده است. آنها به طور گسترده در مدارهای فرکانس بالا و برنامه هایی که به پایداری بالا نیاز دارند استفاده می شوند.

خازنهای تانتالیوم: خـا زنهای تانتالیوم خاز نهای پلاریزه ای هستند که در کاربردهایی که نیاز به پایداری و قابلیت اطمینان بالایی دارند استفاده می شوند. آنها دارای ظرفیت خا زنی بالا و ESR پایین (مقاومت سری معادل) هستند.

ابرخازنها: ابر خاز نها که با نام های فوق خـا زن یا خاز نهای دو لایه الکتریکی نیز شناخته می شوند، وسایل ذخیره سازی انرژی هستند که می توانند مقادیر زیادی انرژی را به سرعت ذخیره و آزاد کنند. آنها چگالی توان بالایی دارند و می توانند به عنوان جایگزینی برای باتری ها در برخی کاربردها استفاده شوند.

خازنهای متغیر: خاز نهای متغیر دارای ظرفیت خا زنی هستند که با تغییر فاصله بین صفحات قابل تنظیم است. آنها معمولاً در مدارهای تنظیم رادیو و سایر وسایل الکترونیکی  استفاده می شوند.

اینها تنها چند نمونه از انواع خا زنهای موجود هستند. هر نوع دارای ویژگی های منحصر به فرد خود است و برای کاربردهای مختلف مناسب است.

فرمول خازن

ظرفیت خا زنها با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

C = Q/V

که در آن C ظرفیت خاز نهابر حسب فاراد (F)، Q شارژ ذخیره شده روی خاز نهابر حسب کولن (C) و V ولتاژ دو طرف خـاز ن بر حسب ولت (V) است.

شارژ خازنها با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

Q = C × V

که در آن Q بار بر حسب کولن (C)، C ظرفیت خا زنها بر حسب فاراد (F) و V ولتاژ دو طرف خاز ن ها بر حسب ولت (V) است.

انرژی ذخیره شده در خا زنها با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

E = (1/2) × C × V^2

که در آن E انرژی ذخیره شده در ژول (J)، C ظرفیت خا زنها بر حسب فاراد (F) و V ولتاژ دو طرف خا زنها بر حسب ولت (V) است.

ثابت زمانی یک خا زن ها با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

τ = R × C

که در آن τ ثابت زمانی بر حسب ثانیه (s)، R مقاومت بر حسب اهم (Ω)، و C ظرفیت بر حسب فاراد (F) است.

اینها برخی از رایج ترین فرمول های مورد استفاده برای محاسبه خواص خا زنها در مدارهای الکترونیکی هستند.

مشخصات خازن

خا زنها دارای مشخصات مختلفی هستند که مشخصات الکتریکی آنها را توصیف می کند. در اینجا برخی از مهم ترین مشخصات خاز نها وجود دارد که باید در نظر گرفته شود:

ظرفیت خا زنی: ظرفیت خا زنها مقدار بار الکتریکی است که یک خا زنها می تواند در یک ولتاژ معین ذخیره کند. بر حسب فاراد (F) اندازه گیری می شود و می تواند از پیکوفاراد (pF) تا هزاران میکروفاراد (μF) باشد.

تحمل: تلرانس درجه ای است که ظرفیت واقعی یک خا زنها می تواند از ظرفیت نامی آن انحراف داشته باشد. به صورت درصد بیان می‌شود و تلورانس‌های رایج 1±%، ±5% و ±10% است.

رتبه بندی ولتاژ: درجه بندی ولتاژ حداکثر ولتاژی است که یک خا زنها می تواند با خیال راحت بدون خرابی آن را تحمل کند. معمولاً بر حسب ولت (V) بیان می شود و باید بر اساس حداکثر ولتاژ موجود در مدار انتخاب شود.

ESR: ESR (مقاومت سری معادل) مقاومت یک خا زنها زمانی است که به صورت سری به یک خا زن ایده آل متصل می شود. بر حسب اهم اندازه گیری می شود و نشان دهنده تلفات توان در خا زنها است.

ضریب دما: ضریب دما تغییر در ظرفیت خـاز ن با دما است. به صورت درصد تغییر در ظرفیت خا زنی در درجه سانتیگراد (درجه سانتیگراد) بیان می شود.

جریان نشتی: جریان نشتی جریان کوچکی است که از یک خا زنها حتی زمانی که کاملا شارژ شده است عبور می کند. معمولاً در میکرو آمپر (µA) یا نانو آمپر (nA) بیان می شود.

مواد دی الکتریک: ماده دی الکتریک مورد استفاده در خا زنها می تواند بر ویژگی های الکتریکی آن از جمله ظرفیت خا زن، درجه ولتاژ و ضریب دما تأثیر بگذارد. مواد دی الکتریک رایج عبارتند از: سرامیک، تانتالیوم، آلومینیوم و پلی استر.

هنگام انتخاب خا زنها برای یک کاربرد خاص، این مشخصات مهم است. مهم است که خاز نی را انتخاب کنید که مشخصات لازم را داشته باشد و برای استفاده مورد نظر مناسب باشد.

 

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *