خازن چیست؟

خازن عبارت است ازاجتماع دو یا چند صفحه که در بین آنها یک ماده عایق بنام دی الکتریک قرار گرفته به نحوی که بتواند انرژی الکتریکی را در خود ذخیره نماید.
دوصفحه فلزی را روی یکدیگر با فاصله کمی آنچنان قرار دهید که تماسی برقرار ننموده ولی به اندازه کافی به هم نزدیک باشند. این ساده ترین نوع خازن است که شما ساخته اید
گرچه ما توانستیم با قرار دادن دوصفحه فلزی روی هم عملا یکی از انواع خازن ها را بسازیم اماخازنها را نمی توان فقط به دو صفحه فلزی محدود نمود چرا که خازن ها در انواع بسیار متنوع ودارای ویژگیهای خاص ساخته میشود ودر دنیای وسیع الکترونیک دارای کاربرد های خاص ومتنوع بوده ودست طراهان و تولید کنندگان را برای ساختن دستگا ه های مرغوب و با کیفیت و در عین حال کم هجم باز گذاشته است.
گرچه اگر کمی به گذشته بر گردیم شاید تمام قطعات الکترونیکی را با محدودیتهای فراوان وتنوع کمتر ببینیم که خازن هم همان مشکلات را داشت اما امروزه نکات بسیاری در طرح ساخت یا توضیح یک خازن وجود دارد که موردتوجه قرار میگیرد.
خازن ها انرژی الکتریکی را نگهداری می کنند و به همراه مقاومت ها ، در مدارات تایمینگ استفاده می شوند . همچنین از خازن ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می شود . از خازن ها در مدارات بعنوان فیلتر هم استفاده می شود . زیرا خازن ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می شوند
ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانائی نگهداری انرژی الکتریکی است . ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است . واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است . 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می باشد . بنابراین استفاده از واحدهای کوچکتر نیز در خازنها مرسوم است . میکروفاراد µF ، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچکتر فاراد هستند .
[align=left]
µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF
[/align]

تعریف دیگر:

خازن وسیله الکتریکی است کخ در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می کند . اثر خازنی حاصیتی است که سبب می شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد . به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می توانند مقداری الکتریسیته را بصورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند . همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می گیرد . خازنها به اشکال گوناگون ساخته می شوند که متداول تریم آنها خازنهای مسطح هستند . این نوع خازنها از دو صفحه ی هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد ، تشکیل می شوند . صفحات هادی نسبتا بزرگ اند و در فاصله ای بسیار نزدیک به هم قرار می گیرند . دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می شود ، معرفی می گردد . این ضریب را ضریب دی الکتریک می گویند .
مهمترین نوع خازنهای که امروزه مورد استفاده قرار می گیرد

1-خازنهای واریابل وتریمر ها
2-خازنهای سرامیکی
3-خازنهای میکا
4-خازنهای پلیستر
5-خازنهای کاغذی
6-خازنهای مومی وروغنی
7-خازنهای الکترولیت
8-خازنهای تانتالیوم
9-خازنهای مایلر

دو نوع اصلی آنها ، با پلاریته ( قطب دار ) و بدون پلاریته ( بدون قطب ) می باشد

خازنهای قطب دار



1- خازن های الکترولیت



در خازنهای الکترولیت قطب مثبت و منفی بر روی بدنه آنها مشخص شده و بر اساس قطب ها در مدارات مورد استفاده قرار می گیرند . دو نوع طراحی برای شکل این خازن ها وجود دارد . یکی شکل اَکسیل که در این نوع پایه های یکی در طرف راست و دیگری در طرف چپ قرار دارد و دیگری رادیال که در این نوع هر دو پایه خازن در یک طرف آن قرار دارد . در شکل نمونه ای از خازن اکسیل و رادیال نشان داده شده است
در خازن های الکترولیت ظرفیت آنها بصورت یک عدد بر روی بدنه شان نوشته شده است . همچنین ولتاژ تحمل خازن ها نیز بر روی بدنه آنها نوشته شده و هنگام انتخاب یک خازن باید این ولتاژ مد نظر قرار گیرد . این خازن ها آسیبی نمی بینند مگر اینکه با هویه داغ شوند

2- خازن های تانتالیوم



خازن های تانتالیوم هم از نوع قطب دار هستند و مانند خازنهای الکترولیت معمولاً ولتاژ کمی دارند . این خازن ها معمولاً در سایز های کوچک و البته گران تهیه می شوند و بنابراین یک ظرفیت بالا را در سایزی کوچک را ارائه می دهند .
در خازنهای تانتالیوم جدید ، ولتاژ و ظرفیت بر روی بدنه آنها نوشته شده ولی در انواع قدیمی از یک نوار رنگی استفاده می شود که مثلا دو خط دارد ( برای دو رقم ) و یک نقطه رنگی برای تعداد صفرها وجود دارد که ظرفیت بر حست میکروفاراد را مشخص می کنند . برای دو رقم اول کدهای استاندارد رنگی استفاده می شود ولی برای تعداد صفرها و محل رنگی ، رنگ خاکستری به معنی × 0.01 و رنگ سفید به معنی × 0.1 است . نوار رنگی سوم نزدیک به انتها ، ولتاژ را مشخص می کند بطوری که اگر این خط زرد باشد 3/6 ولت ، مشکی 10 ولت ، سبز 16 ولت ، آبی 20 ولت ، خاکستری 25 ولت و سفید 30 ولت را نشان می دهد
برای مثال رنگهای آبی - خاکستری و نقطه سیاه به معنی 68 میکروفاراد است
آبی - خاکستری و نقطه سفید به معنی 8/6 میکروفاراد است

خازنهای بدون قطب



خازنهای بدون قطب خازن های بدون قطب معمولا خازنهای با ظرفیت کم هستند و میتوان آنها را از هر طرف در مدارات مورد استفاده قرار داد . این خازنها در برابر گرما تحمل بیشتری دارند و در ولتاژهای بالاتر مثلا 50 ولت ، 250 ولت و ... عرضه می شوند



پیدا کردن ظرفیت این خازنها کمی مشکل است چون انواع زیادی از این نوع خازنها وجود دارد و سیستم های کد گذاری مختلفی برای آنها وجود دارد . در بسیاری از خازن ها با ظرفیت کم ، ظرفیت بر روی خازن نوشته شده ولی هیچ واحد یا مضربی برای آن چاپ نشده و برای دانستن واحد باید به دانش خودتان رجوع کنید . برای مثال بر 1/0 به معنی 0.1µF یا 100 نانوفاراد است . گاهی اوقات بر روی این خازنها چنین نوشته می شود ( 4n7 ) به معنی 7/4 نانوفاراد . در خازن های کوچک چنانچه نوشتن بر روی آنها مشکل باشد از شماره های کد دار بر روی خازن ها استفاده می شود . در این موارد عدد اول و دوم را نوشته و سپس به تعداد عدد سوم در مقابل آن صفر قرار دهید تا ظرفیت بر حسب پیکوفاراد بدست اید . بطور مثال اگر بر روی خازنی عدد 102 چاپ شده باشد ، ظرفیت برابر خواهد بود با 1000 پیکوفاراد یا 1 نانوفاراد .
کد رنگی خازن هادر خازن های پلی استر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می شد در این کد ها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان می دهد

برای مثال قهوه ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکو فاراد یا 10 نانو فاراد است

خازن های پلی استر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت

کد رنگی خازن ها

در خازن های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می شد . در این کد ها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان می دهد .

برای مثال قهوه ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است .

خازن های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت .



رنگ شماره

سیاه 0

قهوه ای 1

قرمز 2

نارنجی 3

زرد 4

سبز 5

آبی 6

بنفش 7

خاکستری 8

سفید 9


خازن ها با هر ظرفیتی وجود ندارند . بطور مثال خازن های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند
فرض کنیم بخواهیم خازن ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم . مثلاً 10 و 20 و 30 و . . . به همین ترتیب . در ابتدا خوب بنظر می رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می دهد ؟
مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و . . . که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکرو فاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مسئله معقول بنظر نمی رسد . برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن ها ، میتوان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود . مثلاً 7/4 - 47 - 470 و . . . و یا 2/2 - 220 - 2200 و غیره

خازن های متغیر





خازن های متغیردر مدارات تیونینگ رادیویی از این خازن ها استفاده می شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می شود . ظرفیت این خازن ها خیلی کم و در حدود 100 تا 500 پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پائین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی گیرند
در مدارات تایمینگ از خازن های ثابت استفاده می شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم ، این عمل بکمک مقاومت انجام می شود
درعمل جز در یک مورد که خازن را بدون عایق بین دوصفحه به کار میبرندمانند (واریابل وتریمرها)درسایر موارد بین صفحات خازنها نوعی ماده عایق قرار می دهند که بر حسب نوع عایق انتخاب شده برای خازنها،آنها رابه همان نام نیز می خوانند، مانند خازنهای سرامیک ،خازنهای روغنی و غیره .

خازن های تریمر





خازن های تریمر خازن های تریمر خازن های متغییر کوچک و با ظرفیت بسیار پائین هستند . ظرفیت این خازن ها از حدود 1 تا 100 پیکوفاراد ماست و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرندخازنها بخاطر خصوصیات خاصی که دارند در مدارات الکترونیکی از آنها زیاد استفاده میکنند.


خازنهای ظرفیت با لا را در مدارات منبع تغذیه بخصوص بخش ورودی آن که دارای فرکانس پائین نیز میباشد استفاده میکنند.
فرکانس ورودی منظور همان فرکانس (۵۰) یا (۶۰)هرتز برق شهر میباشد.
خازنهای ظرفیت پائین را عموما در بخش های که فرکانس بالاتر درآن وجود دارد استفاده میکند
خازنها را به چند طریق علامت وظرفیت گذاری می نمایند.

ظرفیت گذاری خازنها

برروی خازن های الکترولیت ظرفیت را با اعدادنشان میدهند.وهم چنین قطب پایه های آنرا نیز با گذاشتن یک علامت (+ )یا( - )مشخص میکنند.البته علامت ( -) عمومیت بیشتری دار وروی اکثر خازنهای الکترولیت قرار دارد که نشان دهنده قطب منفی خازن میباشد.
اکثر خازنهای الکترولیت دارای قطب مثبت ومنفی هستند.وظرفیت شان هم بالای یک میکروفاراد است.که در موقع جاگذاشتن باید به قطبیت آن توجه نمود.درصورت که پایه ها اشتباه درمحل قرار گیرد.در تلویزیونهای رنگی(ومانیتورها) که مدارات حساسی دارند.باعث بروز عیوب پیچیده میگردند.حتی احتمال منفجر شدن خازن نیز میرود.وآسیب شدید نیز به مدارات مربوطه وار میکند.
البته خازنهای الکترولیت بدون قطب هم در مدارات بکار میرود. ومشخصات عمومی آن شبیه خازنهای قطب دار میباشد.با این تفاوت که در این خازنها پایه مثبت یا منفی ندارد .ودر موقع جاگذاری نیاز به دقت در مورد پایهای ان نیست.عموما در طبقات تغذیه و افقی از این خازنها استفاده میگردد(خیلی کم)در تلویزیونهای سیاه وسفید برای کوپلاژ یوک افقی ازاین خازنها استفاده میگردد.وظرفیت آن عموما بین یک میکرو تاده میکرو میباشد.

در موقع تعویض خازن خراب به موارد زیر دقت نمایید.

۱-ظرفیت خازن باید مشابه خازن خراب باشد.
۲-ولتاژ کار باید عینا مانند خازن خراب باشد.یا کمی بیشتر ازآن.
۳-درموقع جاگذاری به نوع آن(قطب دار یا بدون قطب)دقت نمایید.
۴-درموقع تعویض خازن نوسان ساز۱۰۰٪از خازن با همان مشخصات اصلی استفاده نمایید.



همانطور که میدانید خازن در حالت کلی از دو صفحه یا plate هادی جریان الکتریسیته
تشکیل شده که عایقی تحت عنوان دی الکتریک بین دو صفحه قرار گرفته که میتونه هوا هم باشه.
ظرفیت خازن بستگی داره به مساحت صفحات روبرو هم٬ فاصله 2 صفحه و جنس دی الکتریک.
معمولا برای صحبت از ظرفیت خازنها از واحد میکرو فاراد یا -6^10 فاراد استفاده میشود.
زیرا 1 فاراد آنقدر ظرفیت بزرگی است که در اکثر مواقع کاربرد ندارد.

نمای شماتیکی از خازن



این شکل میتونه در فهم بهتر ظرفیت کمک کنه. در این دیاگرام شما 2 منبع آب (بجای خازن)
مشاهده میکنید که اندازه شان متفاوت است. واضح است که با اینکه ارتفاع آب ورودی
یکسان است(همان ولتاژ) خازن با ظرفیت بالاتر٬ بیشتر آب نگه میدارد. در واقع همینطور است
که خازن با ظرفیت بالاتر میتواند بار بیشتر(الکترون بیشتر) در خودش جا بده.



DC Voltage:

هنگامی که خازن به جریان مستقیم یا DC وصل است٬‌جریان برقرار می شور و با آهنگ ثابتی
خازن پر میشود. هنگامی که جریان 2 سر خازن با 2سر ترمینال های باتری یکی شد٬ جریان
قطع میشود. در این هنگام میگوییم خازن شارژ شده است. حتی اگر باتری را از مدار خارج کنیم
خازن شارژ می ماند و اختلاف پتانسیلی بین دو ترمینال آن دیده میشود.
وقتی از خازنهای با ظرفیت بالا استفاده میشود (2/1 فاراد به بالا) در اتومبیل٬ هنگامی که ولتاژ باتری یا دینام افت میکند٬ خازن بداخل ورودی آمپلیفایر تخلیه میشود و کمبود ولتاژ را جبران میکند
توجه داشته باشید که تمام این مراحل در کسری از ثانیه اتفاق میفتد و خازن نمیتواند مانند باتری
عمل کند و فقط افت ولتاژ های میلی ثانیه ای را جبران میکند. مثل موقع bass زدن ساب.
چون خازن بر خلاف باتری سریع پر وسریع هم خالی میشود و میتواند از افت ولتاژ های ناگهانی
جلوگیری کند.

AC Voltage:

بطور کلی هنگامی که جریان متناوب وارد خازن میشود٬ تا وقتی منبع در مدار باشد جریان
در خازن برقرار است. فقط جریان دارای اختلاف فاز با منبع میشود که بستگی به فرکانس منبع و
خارن دارد

خازنهای مختلف که بزرگترینشون 3.3 میکرو فاراد!! و کوچیکه هم 15 پیکو فاراده!!(9-^10)
پس ببینید که 1 فاراد چه ظرفیت بزرگیه...



خازن 16 ولت در مقابل 20 ولت:
همونجوری که میدونید٬ خارن های ظرفیت بالا در دو نوع 16V و 20V موجودن. این ولتاژ به این
معنی نیست که وقتی به سیستم اضافه شدنُ٬ چند
ولت اختلاف پتانسیل دارن. بلکه در یک مدار با ولتاژ باتری یا دینام 14.4V هر دو 14.4V هستند.
این عدد ها در واقع حداکثر ولتاژیه که میتونن تحمل کنن و آسیب نبینن.
تو عکس مشخص تره:



در ضمن بخاطر داشته باشید که هیچوقت " - + " خازن رو برعکس نزنید که آسیب کلی میبینه.

شارژ خازن

باری اینکه خازن شارژ شود - یعنی انرژی الکتریکی را ذخیره کند - باید آن را به یک پتانسیل ( ولتاژ ) وصل کرد . بعضی از خازنها پلاریته دارند یعنی باید در هنگام اتصال به باتری قصب مثبت باتری به مثبت خازن وصل شود و قطب منفی باتری به منفی خازن وصل شود .



انواع خازنها

ثابت : کاغذی . میکا . الکترولیتی . سرامیک

متغیر : خازن هوا . خازن تریمر

خازن های ثابت :

در خازن های ثابت ، ظرفیت از پیش تعیین شده و ثابت است و مقدار آن را بعد از ساخت نمی توان تغییر داد . خازن های ثابت را معمولا با جنس دی الکتریک به کار رفته در آنها می شناسند .

خازن کاغذی :

خازنهای کاغذی به دلیل ارزان بودن و اندازه کوچکشان مورد استفاده فراوان قرار می گیرند . جنس دی الکتریک آنها کاغذ آغشته به پارافین است و در ولتاژ پیش از 600 ولت مورد استفاده قرار می گیرند . صفحات این خازنها به صورت نوارهای صاف و طویل از جنس ورقه های قلع است . کاغذ آغشته به پارافین بین دو صفحه ، حکم دی الکتریک را دارد و این هر سه بصورت لوله ، پیچیده شده اند و داخل یک استوانه قرار می گیرند .

خازن میکا :

خازن میکا از تعدادی ورقه ی نازک میکا به عنوان دی الکتریک و ورقه های نازک فلزی تشکیل می شوند . این ورقه ها به صورت یک در میان روی هم قرار می گیرند . ورقه های فلزی در دو دسته به یک دیگر متصل شده اند تا سطح موثر هر صفحه ی خازن را بزرگتر کنند و ظرفیت خازن بالا رود . هر چه مقدار صفحات فلزی بیش تر و اندازه ی آنها بزرگتر باشد ، ظرفیت خازن افزایش می یابد . مجموعه ورقه های میکا و فلز در یک کپسول قرار می گیرند .

خازن الکترولیتی :



خازن های الکترولیتی دارای قطبیت معینی است و از آن در مدار های dc استفاده می شود . یک صفحه از خازن الکترولیتی مثبت است که به سر مثبت منبع وصل می شود . صفحه دیگر منفی است و به سر منفی منبع متصل می گردد . ظرفیت این خازن ها بالا و از چند میکروفاراد تا چند هزار میکروفاراد است . ولتاژ شکست این خازن ها معمولا کم و جریان نشتی انها نسبت به سایر خازنها زیاد است . خازن های الکترولیتی را با الکترولیت مایع و هم با الکترولیت خشک می سازد .

خازن سرامیک :



خازنهای سرامیک دارای دی الکتریک بالا با توان بالا و اندازه کوچک هستند . از این خازنها در فرکانس های بالا استفاده می شود . صفحات خازن سرامیکی از جنس نقره و به صورت صفحات بیسار نازکی هستند که ماده ی دی الکتریک بین آنها را سرامیک تشکیل می دهد . این خازنها از لحاظ فیزیکی بسیار کوچک اند . ظرفیت خازنهای سرامیکی از چند پیکوفاراد تا میکروفاراد متغیر است . ولتاژ شکست این خازنها زیاد است و می تواند در ولتاژ های بالا ( چندین هزار ولت ) کار کنند .

خازنهای متغیر :

خازنها متغیر خازنهایی هستند که ظرفیت آنها در هر لحظه می توان از حداقل تا حداکثر تغییر داد . با خازنهای متغیر می توان ظرفیت مورد نیاز را تنظیم کرد . از این گونه خازنها در فرکانس های پایین ، متوسط و بالا استفاده می شود . محدوده فرکانس های پایین از 250 پیکو تا 500 پیکو و برای فرکانس ها بالا حدود چند پیکو فاراد است .

خازن هوا :



خازنی است که دی الکتریک آن هوا است و بیشتر برای انتخاب فرکانس مناسب در گیرنده ها با یک سلف به طور موازی بسته می شود . این گونه خازنها از چندین صفحه متحرک اند . صفحات به صورت یک در میان به فاصله منظم از یک دیگر قرار دارند . با چرخش محور که به صفحات متحرک کتصل است ، صفحات متحرک بین صفحات ثابت حرکت می کنند ، سطح موثر صفحات تغییر می کند و در نتیجه ، ظرفیت خازن نیز متناسب با گردش محور تغییر می کند .

خازن تریمر :

این خازنها بسیار کوچک اند و در مدارها بکمک پیچ گوشتی می توان آنها را تنظیم کرد . با تغییر دادن فاصله بین صفحات ، ظرفیت خازن تغییر می کند . ماده عایق این خازنها معمولا میکا یا سرامیک است . از این خازنها در فرکانس های بالا استفاده فراوان می شود .

mypersianforum.com

                                                              موفق و سربلند باشید