خازن چیست؟ آشنایی با انواع خازن

خازن یکی از قطعات مهم الکتریکی است که در مدارها و بردهای الکتریکی مورد استفاده می گیرد. انواع خازن متفاوت بوده و با توجه به ویژگی های آنها در مدارهای متفاوتی کاربرد دارد. اگر می خواهید با خازن و انواع آن آشنا شوید توصیه می کنیم تا انتها این مطلب با ما همراه باشید. همچنین برای آگاهی بیشتر درباره این قطعه، اجزای تشکیل دهنده آن و نحوه کار کرد آن، در دوره آموزش تعمیرات برد الکترونیکی شرکت کنید.

خازن چیست؟

خازن یکی از قطعاتی است که برای ذخیره کردن انرژی و بار الکتریکی به وسیله میدان الکترواستاتیکی در مدارات متنوع و انواع برد الکترونیکی مورد استفاده قرار می گیرد. از این وسیله به عنوان فیلتر استفاده می ‌کنند، چرا که سیگنال های متنوع را در کمترین زمان و به راحتی از درون خود عبور می دهد و همچنین مانع عبور سیگنال ‌هایی که مستقیم هستند می شود.

خازن به وسیله دو صفحه فلزی که موازی هستند طراحی می گردد. در بین هر یک از صفحات عایق های متنوعی قرار گرفته می شود. پلاستیک، اکسید، آلومینیوم، سرامیک، کاغذ و غیره به عنوان عایق در این قطعه کاربرد دارد.

انواع خازن و ویژگی های آنها

خازن ها انواع متنوعی دارند و هر یک از آنها دارای کاربرد خاص و منحصر به فردی می باشند. برخی از مهمترین و اصلی ترین مدل های آنها عبارت است از :

۱.خازن عدسی

خازن های عدسی دارای ابعاد کوچکی هستند که شبیه به عدس می باشند.

این قطعه بدون پلاریته منفی و مثبت می باشد. محدوده نانو فاراد و پیکو فاراد درون این قطعه وجود دارد. هر چه میزان قدرت این قطعه بالاتر برود سایش آن بزرگ‌ تر می‌ شود.

بر روی این قطعه اعدادی ملاحظه می ‌کنید که از روی آنها می توانید ظرفیت قطعه را به دست بیاورید. به عنوان مثال اگر روی یکی از آنها عدد ۴۷۳ را مشاهده کردید باید دو رقم اول را بردارید یعنی رقم ۴۷ بماند. به اندازه رقم سوم جلوی عدد اول صفر بگذارید که می شود ۴۷۰۰۰ این مقدار ظرفیت قطعه را نشان می‌ دهد. در صورت مشاهده نکردن عدد روی قطعه ظرفیت آن را باید به وسیله دستگاه مناسبی تست نمایید.

۲.خازن های سرامیکی

یکی دیگر از انواع خازن که کاربرد زیادی در صنایع دارد نمونه سرامیکی می باشد. این نمونه بدون قطب است که جنس آن از دی الکتریک می ‌باشد.

خازن های سرامیکی عایق بسیار عالی و مناسبی دارد. به همین دلیل برای ظرفیت ‌های بالا که در حد میکرو فاراد هستند و در ابعاد کوچک به این قطعه نیاز دارند می‌توانید آن را به کار بگیرید. ولتاژ کاری این قطعه بسیار بالا می باشد.

۳.خازن های الکترولیتی

نمونه های شیمیایی یا الکترولیتی برخلاف بسیاری از مدل های عدسی دارای قطب منفی و مثبت هستند. به طور معمول در رنج میکرو فاراد این نمونه ‌ها را طراحی می‌ کنند و ظرفیت این قطعه و ولتاژ قابل تحمل آن به صورت اعداد روی آن نوشته شده است.

زمان استفاده کردن از خازن های الکترولیتی درون مدار باید به جهت آن توجه زیادی داشته باشید. انواع قطعات آلومینیومی الکترولیتی و تانتالیومی را شما می توانید خریداری کنید و در صنایع متنوع به کار بگیرید.

از مهمترین کاربردهای انواع الکترولیتی در مدارهای یکسو کننده است که به عنوان کوپلینگ و فیلتر مورد استفاده قرار خواهد گرفت.

روی بدنه این قطعه نواری با رنگ های متنوع که دارای علامت منفی می باشد جهت مشخص کردن پایه به کار گرفته شده است. بر روی هر یک از برندها نیم دایره مشکی رنگ را جهت مشخص کردن پایه منفی طراحی می نمایند. در این صورت زمان لحیم‌کاری اشتباهی درون قطعه به وجود نمی ‌آید.

۴.خازن های ورقه ای پلاستیکی و کاغذی

خازن هایی که کاغذی هستند به دلیل کوچک بودن دارای دی ‌الکتریک می باشند و ابعاد فیزیکی آنها بزرگ است. به طور کلی مزیت این قطعات در جریان های بالا و ولتاژ های حساس بسیار عالی می باشد.

نمونه های پلاستیکی نسبت به تغییرات دما چندان حساسیت از خود نشان نمی ‌دهند و به همین دلیل کاربرد آنها بیشتر در مداراتی می باشد که به قطعاتی با ظرفیت ثابت در برابر حرارت نیاز دارند.

یکی از بهترین دی الکتریک هایی که درون این خازن ها به کار برده می شود پلی استیرن است. بر همین اساس به این نمونه از قطعات پلی استر می گویند.

 ۵.خازن های میکا

ظرفیت این قطعات حدود یک دهم تا یک میکرو فاراد می باشد. یکی از اصلی ترین ویژگی های این خازن ها این است که طول عمر زیادی دارد و ولتاژ کاری آن بالا می باشد. کاربرد این قطعه بیشتر در مداراتی است که فرکانس بالا دارند. در بسیاری از مدارات با فرکانس بالا این قطعه را نصب می ‌کنند و کاربرد بی ‌نظیری از آن دریافت می نمایند.

۶.خازن های روغنی و گازی

یکی دیگر از خازن هایی که در صنایع برق کاربرد زیادی دارند نمونه های روغنی و گازی هستند. در مدارهای الکتریکی جهت راه اندازی و همچنین اصلاح ضریب قدرت این قطعات را به کار می ‌گیرند. نمونه های گازی با عایق گاز طراحی می شوند و برای اصلاح ضریب توان آنها که در سه فاز می باشد مورد استفاده قرار می گیرند. به طور کلی به مجموعه قطعات به کار رفته جهت حذف کردن توان راکتیو در صنایع بانک خازنی گفته می شود.

۷.خازن های متغیر

سه فاکتور بسیار مهم ظرفیت این نوع از خازن را می توانید تغییر دهید. نوع دی الکتریک، فاصله بین صفحات هادی و تغییر مساحت بین صفحات از جمله فاکتورهای مهم جهت تغییر ظرفیت قطعه می باشد.

نحوه عملکرد خازن های متغیر بر اساس تغییر سطح مشترک خواهد بود. ظرفیت یک قطعه با مدار مشترک بین دو صفحه نسبت مستقیم دارد. نمونه های متغیر به طور معمول از نوع عایق پلاستیک و هوا می باشند. آن دسته از قطعاتی که ظرفیت شان توسط دسته متحرک تغییر پیدا می ‌کند واریابل نام دارد. نمونه دیگر به وسیله پیچ گوشتی انجام می‌ گردد که به آن تریمر می ‌گویند.

بازه تغییر دادن ظرفیت انواع قطعات واریابل بین ۱۰ تا ۴۰۰ پیکوفاراد می‌ باشد. در نمونه ‌های تریمر از بین ۵۰ تا ۳۰ پیکوفاراد ظرفیت تغییر خواهد کرد. عمده کاربرد این نمونه قطعات برای گیرنده های رادیویی می باشد.

جهت تنظیم کردن فرکانس انواع ایستگاه‌ های رادیویی این قطعه را مورد استفاده قرار می‌ دهند. برای تست کردن هر یک از انواع خازن ها و همچنین اندازه گیری کردن ظرفیت آنها به وسیله خاصی نیاز خواهید داشت.

برخی از مدل‌ های مولتی مترها دارای آپشن اندازه گیری هستند که شما می توانید آنها را جهت بررسی ظرفیت قطعه مورد استفاده قرار دهید.

ویژگی و مشخصات خازن

خازن‌ها از جمله قطعات حیاتی در سیستم‌های الکتریکی هستند و برای جبران انرژی الکتریکی و صفر کردن تغییرات جریان الکتریکی در یک مدار استفاده می‌شوند. در زیر، قصد داریم به بررسی مشخصات خازن بپردازیم و نقش و اهمیت آنها را بررسی کنیم.

بار خازن

بار، میزان انرژی الکتریکی است که درون یک خازن ذخیره می‌شود. خازن، یک دستگاه الکترونیکی است که قادر است این انرژی را در حالت الکتریکی نگه دارد. بدین ترتیب، در زمان استفاده از انرژی ذخیره شده در خازن، بار آن به مدار الکترونیکی انتقال داده می‌شود و توان مورد نیاز تامین می‌شود. استفاده از بار خازن در مدارات الکترونیکی به تعداد زیادی مزیت می‌رساند. یکی از مهمترین و کاربردی ترین مزیت ها، استفاده از بار این قطعه در استیبلایزه سازی ولتاژ است. بار خازنها قادر است تغییرات ناخواسته ولتاژ را گرفتار کند و به دلیل ذخیره کردن انرژی الکتریکی، به حفظ ولتاژ ثابت کمک می‌کند.

انرژی ذخیره شده در خازن

انرژی ذخیره شده در خازن، با توجه به ویژگی های منحصر به فرد خود، اهمیت بسیاری در دنیای فناوری و صنعت دارد. انرژی ذخیره شده به مقدار نصف ضرب ولتاژ دوسیموار صفحات بر حسب ژول محاسبه می شود. این می تواند با استفاده از فرمول زیر بیان شود:

E = 1/2 * C * V^2

در این فرمول، E نشان دهنده انرژی ذخیره شده در خازن است، C نشان دهنده ظرفیت و V نشان دهنده ولتاژ آن است.

ظرفیت نامی (C)

ظرفیت نامی یک واحد اندازه گیری مهم در تعیین توان یا جریان مجاز یک سیستم برقی است. این مفهوم معمولا به منظور جلوگیری از اتلاف انرژی، خرابی تجهیزات یا اتصالات و همچنین حفظ سلامت کارکرد سیستم به کار می رود. ظرفیت نامی با هماهنگی منابع تامین برق و نیازهای بار مورد استفاده قرار می گیرد. بدون رعایت ظرفیت نامی، سیستم برقی با خطر مواجه می شود.

ولتاژ کاری (WV)

بدون ولتاژ کاری مناسب، هیچ سیستم الکتریکی یا الکترونیکی نمی تواند به درستی عمل کند. ولتاژ کاری به میزان حداکثر ولتاژی اشاره دارد که یک رابطه یا قطعه الکتریکی می تواند در آن به درستی عمل کند. با در نظر گرفتن این ولتاژ کاری، امکان شکستن رابطه یا قطعه به روشنی کاهش می یابد و عملکرد سیستم بهبود می یابد.

قدرت تحمل (±%)

قدرت تحمل یک خازن معیاری است که نشان‌دهنده میزان برقی بودن آن است. در واقع، این عدد نشان‌دهنده حداکثر ولتاژی است که یک خازن می‌تواند تحمل کند بدون اینکه خراب شود. عموماً، قدرت تحمل به دو صورت مثبت و منفی به اندازه‌های کنونی ولتاژ تعریف می‌شود. به عبارت دیگر، اگر قدرت تحمل ±۱۰% باشد، خازن می‌تواند ولتاژ بین ۱۰% بیشتر و ۱۰% کمتر از مقدار تعریف شده تحمل کند.

جریان نشتی

جریان نشتی خازن زمانی اتفاق می‌افتد که جریان بار الکتریکی از میان خازن عبور نمی‌کند و در عوض از نقاط مرزی خازن نشت می‌کند. این مسئله ممکن است منجر به افت ولتاژ خازن، افزایش مصرف توان و در نهایت خرابی دستگاه یا سیستم الکترونیکی شود.

دمای کاری (T)

دمای کاری، دمای محیطی است که در آن خازن باید به طور پایدار عمل کند و عملکرد بهینه را داشته باشد. در واقع، دمای کاری تاثیر مستقیم و بسیار مهمی بر عمر و کارایی آن دارد. از طریق بررسی دمای کاری می‌توانیم از خازنها در محدوده یازدهمین قانون کران استفاده کنیم و جلوی افزایش دمای غیرمجاز و خطراتی که با آن همراه است را بگیریم.

ضریب دما (TC)

ضریب دما خازن (TC) به عنوان یکی از ویژگی های آن ها در نظر گرفته می شود و نشان دهنده تغییر مقدار خازن بر اثر تغییر دما است. یعنی با تغییر دما، اندازه آن نیز تغییر می کند و این تغییر در بازه دماهای مشخص به صورت خطی رخ می دهد. ضریب دما به واحد ppm/°C (پارت بر میلیون درجه سانتیگراد) اندازه گیری می شود.

قطبیت خازن

قطبیت خازن به وجود آمدن یک جریان الکتریکی در مقابل یک تغییر ولتاژ متصل شده به آن را اشاره دارد. به طور ساده، خازن‌هایی که قطبیت دارند، قادر به ذخیره شارژ مثبت یا منفی هستند، در حالی که انواع غیر قطبی، فقط قادر به ذخیره شارژ مثبت یا موازنه‌ای هستند.

مقاومت سری معادل (ESR)

مقاومت سری معادل خازن یا ESR، در واقع میزان مقاومتی است که این قطعه در داخل خود دارد. این مقاومت از ناحیه‌ای ریزتر و بسته‌تر از مناطق قسمت‌های ساختار خازن تشکیل شده است و می‌تواند به طور مستقل باعث تولید حرارت شود. این امر باعث افزایش کارایی و عمر مفید دستگاه‌ها می‌شود.

ابر خازن

تنها قسمت قابل تسخیری در بسیاری از سیستم‌های الکترونیکی فعلی، که نیاز به توان ذخیره شده در آن دارند ابرخازن است. در زیر با توضیحاتی درباره ابر خازن آشنا می‌شویم.

اصول کار ابرخازن

ابرخازن‌ها، انرژی الکتریکی را در دو لایه جدا از هم ذخیره می‌کنند. لایه‌ها شامل یک لایه میانی الکترولیتی و دو لایه‌ی الکترود است.

انواع ابرخازن‌ها

ابرخازن‌ها می‌توانند در ابعاد و ظرفیت‌های مختلفی وجود داشته باشند. برخی از نمونه‌های معروف عبارتند از:

• ابرخازن‌های سوپرکاپاسیتور
• ابرخازن‌های قرنطینه‌ای
• ابر کاپا کیتور ها

 کاربردهای ابرخازن

ابرخازن‌ها در صنایع مختلفی مانند خودروسازی، الکترونیک صنعتی، انرژی تجدیدپذیر و تجهیزات پزشکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

جمع بندی

در این مقاله، مشخصات خازن، نقش آن و اهمیتش در سیستم‌های الکتریکی را بررسی کردیم. مشخصات هر خازن از اهمیت بالایی برخوردار هستند، زیرا میزان کارایی آن در سیستم الکتریکی به طور مستقیم به همین مشخصات وابسته است. به همین دلیل، در طراحی و بهینه‌سازی سیستم‌های الکتریکی، آگاهی از مشخصات خازن به مدیریت اثربخش آن کمک می‌کند. منتها، برای استفاده حرفه‌ای از آنها، بهتر است به سرویس‌دهی و نحوه استفاده از آن‌ها نیز توجه کنیم، زیرا این موارد نقش مهمی در برقراری عملکرد بهینه این عناصر در سیستم‌های الکتریکی ایفا می‌کنند.
آموزشگاه فنون برق یکی از بهترین آموزشگاه های برگزار کننده دوره های آموزشی تعمیرات برد الکترونیکی در تهران است که به صورت عملی و در کارگاه مجهز همچنین زیر نظر فنی حرفه ای این دوره را برگزار و صفر تا صد عیب یابی و تعمیر انواع برد الکترونیکی را به شما آموزش می دهد.