خازن و انواع خازن در مدار الکتریکی

از خازن (Capacitor) برای ذخیره انرژی الکتریکی یا همان ولتاژ در مدار الکتریکی استفاده می‌شود. ذخیره انرژی در خازن توسط میدان ناشی از بارهای الکتریکی انجام می‌شود. با کمک انرژی ذخیره شده در انواع خازن می‌توان یک میدان الکتریکی یکنواخت را ایجاد کرد. از قابلیت‌های دیگر خازن که امروزه از آن بسیار استفاده می‌شود، فیلتر سیگنال‌های متناوب (AC) است. نماد الکتریکی خازن یا کاپاسیتور در مدارهای الکتریکی حرف لاتین C است. همچنین ظرفیت خازن را با فاراد اندازه گیری می‌کنند. در این صفحه تکنوکالا قصد دارد توضیح جامعی پیرامون خازن و کارکرد آن و معرفی انواع خازن ارائه بدهد. پس برای آشنایی بیشتر با خازن، همراه تکنوکالا باشید.

مروری بر تاریخچه انواع خازن

جرقه‌ی ساخت خازن برای اولین بار در سال 1745 زده شد. در سال 1745 اودوارد ون کلیست اهل کشور آلمان با انجام مجموعه‌ای از آزمایش‌های نسبتا طولانی به این نتیجه دست یافت که با استفاده از یک ژنراتور الکترواستاتیک ولتاژ بالا و یک لیوان شیشه‌ای آب، می‌توان انرژی الکتریکی را ذخیره نمود. پس از این آزمایش و بررسی‌های انجام شده در آن سال‌ها دانشمندان توانستند اولین‌ خازن‌ها را به‌صورت اولیه تولید کنند. خازن هایی که با کمک آن پیشرفت علم الکترونیک و برق سرعت بیشتری را به خود گرفت.

ساختمان خازن الکتریکی

با در کنار هم قرار دادن موازی دو صفحه‌ی فلزی، خازن تشکیل می‌شود. جنس این صفحات می‌تواند از مواد رسانایی همچون روی، آلومینیوم و نقره باشد. در میان صفحات موازی، عایق الکتریکی یا هوا وجود دارد. عایق‌های الکتریکی پرکاربرد در ساخت انواع خازن عبارت است از:

  • کاغذ
  • میکا
  • پلاستیک
  • سرامیک
  • اکسید آلومینیوم
  • اکسید تانتالیوم

مهم‌ترین مولفه‌های خازن‌ها ظرفیت و ولتاژ کاری آن‌ها می‌باشد. بر همین اساس ظرفیت انواع خازن را با کمک فرمول زیر محاسبه می‌کنند:

C=kε0  A/d

که در این فرمول C ظرفیت خازن، k  مقدار ثابتی است که به جنس و نوع خازن بستگی دارد، A مساحت صفحات موازی، d فاصله‌ی 2 صفحه موازی از یکدیگر و ε0 مقدار کوچک و ثابتی است.

ساختمان و ساختار درونی انواع خازن الکتریکی

کاربرد انواع خازن

خازن‌ها در دنیای برق و به‌ویژه الکترونیک کاربردهای بسیاری دارند. حتی می توان دلیل پیدایش بسیاری از تکنولوژی‌ها و اختراعات امروز را خازن دانست. بطور کلی کاربردهای خازن عبارت است از:

  • ذخیره‌ی انرژی
  • حافظه‌های دیجیتالی
  • سیگنال‌های پالسی
  • اصلاح ولتاژ
  • فیلتر سیگنال‌های AC و DC
  • استارت موتورهای الکتریکی
  • پردازیش انواع سیگنال‌های الکتریکی
  • سنسور
  • اصلاح ضریب قدرت
  • انواع مدارات مجتمع یا آی سی (IC)
  • محافظت از دستگاه‌های الکتریکی
  • اصلاح خروجی مدارات یکسوساز
  • از بین بردن تاخیر در مدارات الکتریکی

برای آشنایی با انواع مقاومت، مقاله ی جامع انواع مقاومت های الکتریکی و کاربر آن ها در مدار الکتریکی را فراموش نکنید.

انواع خازن الکتریکی

بطور کلی خازن‌ها مانند انواع باتری قابل شارژ عمل می‌کنند. اما در تولید انرژی الکتریکی برعکس انواع باتری، هیچ نقشی را برعهده ندارند. با در نظر گرفتن ساختمان انواع خازن و مواد به کارگرفته شده در ساخت آن‌ها، خازن را به انواع مختلف زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:

خازن عدسی

دلیل ناگذاری این نوع خازن، شکل ظاهری و ابعاد بسیار کوچک آن است. محدوده‌ی کاری این نوع خازن‌ها در حدود پیکوفاراد و نانو فاراد است. از ویژگی این نوع خازن‌ها عدم داشتن پلاریته مثبت و منفی است. این بدین معنی است که خازن‌های عدسی بدون قطب می‌‌باشند و نیازی نیست که برای اتصال آن‌ها به مدار الکتریکی حساسیت زیادی برای درستی جهت قرارگیری آن به خرج داد. ظرفیت خازن‌های عدسی را می‌توان با کمک اعدادی که بر روی آن نوشته شده است بدست آورد.

انواع خازن های الکتریکی و خازن عدسی

خازن سرامیکی

خازن‌های سرامیکی نیز همچون انواع خازن‌ عدسی بدون قطب می‌باشند. دلیل نام‌گذاری این خازن‌ها، استفاده از دی‌الکتریک سرامیک در ساختمان آن‌ها است. از آنجایی که دی‌الکتریک سرامیک از ثابت بالایی برخوردار است، می‌توان خازن‌های سرامیکی با ظرفیت بالایی را تولید کرد. محدوده‌ی ظرفیت خازن‌های سرامیکی در میکرو فاراد است. خازن‌های سرامیکی از خاصیت عایقی خوبی برخوردارند و ولتاژ کاری نسبتا بالایی دارند. قابل ذکر است که خازن‌های سرامیکی و عدسی نسبت به تغییرات دما حساس بوده و دچار تغییر ظرفیت می‌شود.

خازن الکترولیتی

خازن‌های شیمایی الکترولیتی دارای قطب‌های مثبت و منفی می‌باشد. معمولا بر روی بدنه‌ی این نوع خازن‌ها پلاریته‌های مثبت و منفی را با نشان دادن یک نوار رنگی درج می‌کنند. محدوده‌ی کاری این نوع خازن ها در میکرو فاراد است. همچنین علاوه بر پلاریته‌های مثبت و منفی، بر روی بدنه‌ی خازن‌های الکترولیتی ظرفیت و ولتاژ کاری آن‌ها نیز نوشته می‌شود. از خازن‌های الکترولیکی در مدارهای زیر استفاده می‌شود:

از انواع مختلف خازن‌های الکترولیتی می‌توان به آلومینیومی و تانتالیومی اشاره کرد. همچنین در بردهای الکتریکی برای قرارگیری خازن‌های الکترونیکی، یک نیم دایره برای پایه منفی خازن طراحی می‌شود. خازن‌های الکترولیتی به 2 صورت استوانه‌ای و عمودی ساخته می‌شوند. در نوع استوانه‌ای پایه‌های مثبت و منفی یکی در سمت راست خازن و دیگری در سمت چپ آن قرار دارد. در نوع عمودی هر 2 پایه‌ی مثبت و منفی در یک سمت خازن قرار می‌گیرد.

انواع خازن های الکترولیکی یا شیمایی و کاربرد آنها در مدار الکتریکی

انواع خازن های ورقه ای

خازن‌های ورقه‌ای را به 2 نوع خازن‌های کاغذی و پلاستیکی طبقه‌بندی می‌کنند. عایق خازن‌های ورقه‌ای از کاغذهای لایه‌ای ساخته می‌شود که یک نوع دی‌الکتریک مناسب در لابه‌لای ان‌ها تزریق می‌شود. این خازن‌ها دارای ابعاد بزرگتری نسبت به انواع خازن‌های الکتریکی است. علت این موضوع کم بودن میزان ثابت دی‌الکتریک این نوع خازن‌ها است. از مهم‌ترین ویژگی خازن‌های ورقه ای می‌توان به بالا بودن ولتاژ و جریان کاری آن‌ها اشاره کرد. همچنین نوع پلاستیکی خازن‌های ورقه ای نسبت به تغییرات دما و حرارات، مقاومت مطلوبی دارند. از این خازن‌ها در مدارهای الکتریکی که تغییرات حرارتی در آن وجود دارد استفاده می‌شود. به خازن‌های ورقه‌ای پلاستیکی، خازن‌های پلی استیرن (Polystyrene) نیز گفته می‌شود. علت این موضوع استفاده از دی‌الکتریک پلی استرین در ساخت این نوع خازن‌هاست. برای جلوگیری از تبخیر نوع دی الکتریک مایعی  که در لابه‌لای ورقه‌های کاغد یا پلاستیک به کارگرفته شده است، از یک قاب محکم و غیرقابل‌نفوذ استفاده می‌شود.

خازن میکا

در ساخت خازن‌های میکا از دی‌الکتریک میکا استفاده می‌شود. محدوده‌ی طرفیت خازن های میکا در محدوده‌ی 0.1 تا 1 میکروفاراد است. از مهم‌ترین ویژگی خازن‌های میکا در مدارهای الکتریکی می‌توان موارد زیر را نام برد:

  • دارا بودن ولتاژ کارای بالا
  • عمر مفید طولانی
  • کارکرد مناسب در مدارات فرکانس بالا

خازن های گازی و روغنی

از خازن‌های گازی و روغنی برای اصلاح ضریب قدرت استفاده می‌شود. کاربرد این نوع خازن‌ها در برق قدرت بیشتر از مدارهای الکتریکی است. به مجموعه‌ی خازن‌های روغنی و گازی در مدارهای برق، در اصطلاح بانک خازنی گفته می‌شود. با کمک انواع خازن‌های روغنی و گازی می‌توان توان راکتیو را حذف یا کاهش داد. با کاهش توان راکتیو مصرف برق نیز کاهش می‌یابد. در حال حاضر در ساخت اکثر تابلو برق‌هایی 3 فاز از بانک خازنی استفاده می‌شود تا هزینه‌ی برق را با کمک آن کاهش دهند.

از کاربرد خازن در انواع آداپتور آگاه هستید؟ مقاله انواع آداپتور و نحوه ی کارکرد آن ها را مرور کنید.

انواع خازن‌های متغیر

با توجه به فرمول خازن‌ها می‌توان 3 مولفه‌ی خازن‌ها را تغییر داد. این 3 مولفه عبارت است از:

  1. فاصله بین صفحات موازی (d)
  2. مساحت صفحات موازی (A)
  3. نوع دی الکتریک

با تغییر هرکدام از این مولفه‌ها می‌توان ظرفیت خازن را تغییر داد. با در نظر گرفتن فرمول می‌توان متوجه شد که ظرفیت خازن با مساحت صفحات رابطه‌ی مستقیم و با فاصله‌ی بین صفحات رابطه‌ی معکوس دارد بطور کلی خازن‌های متغیر را بر اساس نوع تغییر ظرفیت آن‌ها به دو دسته ی زیر تقسیم‌بندی می‌کنند:

واریابل: تغییر ظرفیت خازن با کمک یک دسته متحرک

تریمر: نغییر ظرفیت خازن به وسیله‌ی یک پیچ و پیچ گوشتی

با توجه به نوع افزایش و کاهش ظرفیت انواع خازن‌های متغیر، می‌توان گفت که خازن‌های واریابل در محدوده‌ی کاری 10 تا 400 پیکو فاراد و خازن‌های تریمر در محدوده ی 5 تا 30 پیکوفاراد کار می‌کنند. بیشترین کاربرد خازن‌های متغیر در گیرنده‌های رادیویی است.

انواع خازن متغیر و کاربر آنها در مدار الکتریکی

اندازه گیری ظرفیت انواع خازن با کمک مولتی متر

برای اندازه‌گیری دقیق ظرفیت خازن، باید خازن را در حال شارژ کامل اندازه گیری کرد. برای اندازه‌گیری ظرفیت خازن مراحل زیر را دنبال کنید

  • ابتدا باید سلکتور مولتی متر خود را بر روی ولتاژ DC قرار بدهید.
  • سپس پایه‌های مثبت و منفی خازن را شناسایی کنید.
  • پروب قرمز مولتی متر را به پایه‌ی مثبت خازن و پروب سیاه را به پایه‌ی منفی خازن متصل کنید.
  • ظرفیت خازن را از روی مولتی متر بخوانید.

توجه داشته باشید که ظرفت های خازن ها بر اساس واحدهای کوچکتری از فاراد بیان می کنند:

  • میلی فاراد: 10 به توان 3- فاراد
  • میکرو فاراد: 10 به توان 6- فاراد
  • نانو فاراد: 10 به توان 9- فاراد
  • پیکو فاراد: 10 به توان 12- فاراد

برای خرید انواع خازن‌های الکتریکی می‌توانید از فروشگاه تجهیزات الکتریکی تکنوکالا خرید کنید.

مقالات پیشنهادی تکنوکالا:

 

دیدگاهتان را بنویسید

بستن
مقایسه