خازن چيست ؟

خازن در زبان انگليسي به معني (capacitor)مي باشد. خازن، وسيله اي الكتريكي است كه توانايي ذخيره كردن انرژي الكتريكي در خود دارد. خازنها حداقل از دو صفحه رسانا تشكيل مي شوند و به وسيله يك عايق از هم جدا شده اند. به عايق هاي كه صفحات خازن را از هم جدا مي كنند (دي الكتريك) مي نامند. تقريبا ميتوان گفت هر ماده غير رسانايي را دي الكتريك نامند. از قبيل تفلون، پلاستيك، سراميك،كاغذ و ... هر اشياي  ديگري كه رسانا نباشد به عنوان دي الكتريك از آن استفاده كرد. ذخيره كننده انرزي بسته به دي الكتريكي كه در آن قرار گرفته شده است براي ولتاژ هاي بالا و پايين مورد استفاده قرار ميگيرند. كاربرد خازنها  به دليل اينكه بار الكتريكي را در خود ذخيره مي كنند، باعث اثبات جريان در مدار و به طور يك نواخت انرژي را وارد دستگاه ميكنند و مورد استفاده قرار ميگيرد. 

​

مزيت استفاده از خازن

 براي درك بهتر از كاربرد اين وسيله  ميتوان به اين شكل ويژگي اين دستگاه را بازگو كرد كه خازنها در زندگي روز مره ما انسانها كاربرد بسياري دارند. به دليل وجود اين وسيله است كه ميتوان دستگاه هاي الكترونيكي پيشرفته اي را ساخت و وارد بازار كرد. دليل اين كه به راحتي ميتوان دستگاه هاي الكترونيكي به  منبع جريان اتصال داد خازن است.دليل اين موضوع الكترودها هستند و به منبع تغذيه اتصال بقرار ميكنند و شارژ ميشوند و آن را ذخيره ميكنند و در هنگام قطع جريا از منبع اصلي دستگاه الكترونيكي يا برقي آسيب جدي نمي بيند.

كاربرد همه انها براي مدار هاي الكتريكي استفاده ميشود تا جلوگيري كند از جريان مستقيم كه به دستگاه برقي آسيب جدي وارد نكند و مانند يك فيلتر كننده فركانس عمل ميكند. و ض همچنين  از آن ميتوان براي ذخيره كردن بار الكتريكي در مدارهاي استفاده ميشود. اين وسيله در بيشتر صنايع مورد استفاده قرار ميگيرد و تقريبا در تمامي دستگاه ها الكتريكي و با توجه به ولتاژ هاي مختلف مورد بهروري قرارميگيرد. ميتوان به اين سيستم عنوان سنسور را اتلاق كرد به دليل اينكه مانند اندازه گيري رطوبت هوا، فشار مكانيكي عمل ميكند .

​

مزيت خازنها 

• ممانعت از آسيب زدگي به دستگاه هاي اكتريكي هنگام قطع شدن برق يا جدا شدن دستگاه الكتريك از منبع جريان.
• خازنها را معمولا براي دستگاه ها الكترونيكي استفاده ميكنند تا مانع آسيب زدگي توسط جريان برق به سيستم شوند اين كار توسط خازن انجام ميشود، به صورتي جريان قطع ميشود و يا از منبع نيرو دستگاه جدا ميشود مقاديري بار الكتريكي داخل دستگاه باشد و شارژ آن را فارهم كند.
• از خازنها استفاده اي ديگري ميتوان داشته، ماننده استفاده در دستگاه الكترونيكي مي توان به مانع ديركرد و اصلاح ضريب توان و فيلتر كردن موج هاي كه موقع هم سوسازي dc به ac انجام ميشود كاربرد دارد.
• اين دستگاه ها معمولا در مواقعي كه نياز است تا  تاخير جريان اتفاق بيوفتد كاربرد بالابب دارند.
• خازنها در مدار ها الكترونيكي براي حذف نيوزها كه به وجوو مي آيد در مسير هاي مسي مورد بهره وري قرار ميگيرند.
• آنها در مدارهاي صوتي استفاده مي شوند تا بتوانند به عنوان فيلتر صوتي عمل كنند. و همچنين ولتاژهاي  dc را از سيگنال هاي صوتي حذف كنند.

ظرفيت خازن :

ظرفيت خازن ميزان اندازه گيري قدرت نگهداري انرژي الكتريكي را ظرفيت خازن مي نامند. هر چه مقدار گنجايش يك خازن بالا باشد اين دستگاه ميتواند انرژي بيشتري را داخل خود ذخيره كند. عموما ظرفيت خازنها به دو ويژگي بستگي دارد يك كميت فيزيكي و دو ساختمان آنها و به مدار و فرق پتانسيل بستگي دارد. پتانسيل اين سيستم ها در كولن بر ولت مي باشد و آن رافاراد مي نامند.​

مرتبط بودن ميزان مقدار باري كه به روي صفحه هاي خازن (متراكم يا جمع) شوند بر اختلاف پتانسيل دو طرف باتري را ظرفيت خارن مي گويند. طبق آزمايش هاي انجام گرفته ظرفيت را نميتوان تنها به مقدار جريان الكتريكي كه روي صفحات خازن متراكم شده دانست. به مقدار باري اختلاف پتانسيل كه دوسر خازن هستش هم بستگي دارد.

كاربرد خازن 

مهم ترين كاربد خازن در دستگاه ها جا به جا كردن يا تعويض ولتاژ  AC يا به صورت پيوسته به ولتاژ  DC  ميباشد. يا اصولا براي حذف نويز ها جريان در دستگاه ها استفاده ميشود. خازن از دو ورق فلزي كه در مقابل هم قرار گرفتن و در ميان آن صفحه ها عايقي از هر شي ممكن است قرار گيرد.

همان طور كه در قسمت بالا به آن اشاره كرديم عموما در محيط هاي كه به تاخير نياز دارند مودر استفاده  قرار ميگيرند. مانند، چراغ راه پله در مدار هاي چشمك زن و در مدارهاي صوتي و ... كاربرد دارند.

تقريبا هميشه عايق هاي كه بين صفحه هاي خازن قرار ميگيرد از جنس فلز يا الكتروليت مي باشد. هادي دي الكتروليت كه بين صفحه هاي خازن واقع ميشوند طرفيت خازن را افزايش ميابد. خازنها از انرژي الكتروكي محافظت ميكند و در مدارها از آن استفاده ميكند. 

​

• نويزگير.
• تقويت كنندگي.
• كمك به عملكرد بهتر در موتورهاي الكتريكي

انواع خازن و كاربرد خازن 

خازن متغير شامل

{خازن ميكا، خازن پلاستيكي، خازن سراميكي، خازن هوا}

براي تغيير دادن گنجايش خازنها سه عامل موثر هست (( فاصله اي كه بين صفحه ميباشد)) ((سطح صفحه ها داخل خازن )) (( جنسي كه براي عايق خازن ها استفاده شده است )). اصول كار آنها بر پايه متغيير بودن سطح اشتراك صفحه هاي خازن يا تغيير قطر عايق است.  گنجايش يك خازن ارتباط بي واسطه اي با سطح مشرك دو صفحه خازن دارد.

ميكا

در اين نوع خازن ورقه هاي (فلزي ­– آلمينيوم) بين صفحات خازن ها قرار ميگيرند و به طور يك در ميان روي به روي هم قرار ميگيرند. گنجايش خازنها ميكا از0.01 تا 1 ميكروفراد ميباشد.

 پلاستيكي

براي خازنهاي پلاستيكي از ورق هاي نازك به عنوان عايق مورد استفاده قرار مي گيرد. طرز قرار گررفتن اين ورقه ها به همراه ديگر  ورقه هاي باريك فلز كه از جنس آلمينيوم ميباشند را به صورت لوله اي داخل خازن گذاشته و بسته بندي ميكنند . درحال حاضر از اين نوع خازنها بيشترين استفاده ميشود به دليل قابليت هاي فراواني دارند يكي از اين ويژگي در مقابل حرارت بالا مقاومت نشان مي دهد.

 سراميكي 

خازنهاي سراميكي يك از معمولي ترين خازنهاي غير الكتروليتي مي باشند. كه در آن عايقي استفاده شده كه از جنس سراميك مي باشد. و مقدار ماده اي كه بين صفحات خازن ميباشد توانايي بالايي براي بهينه كردن دارد. و همچنين قدرت علمكرد خازن را افزايش مي دهد. 

خازن هوا

اين نوع خازن عايقي كه درآن استفاده شده است از هوا مي باشد. خازنهاي هوا از تعداد صفحه تشكيل شده كه تعدادي از آن حركت ميكنند و تعدادي از آنها ثابت هستن. اين صفحه ها به وريت يكي در ميان با تنظيم فاصله دقيق از هم قرار گرفتن. زماني كه صفحات متحرك در ميان صفحه هاي خازني ثابت  حركت ميكنند در نتيجه تاثير صفحات تغيير ميكند و گنجايش ظرفيت خازن افزايش ميابد و در نهايت مقدار حجم يك خازن هوا با توجه به گردش صفحه ها متحرك ظرفيت خارني تغيير ميكند. 

خازن هاي ثابت 

شامل 3 تا دسته اصلي ميشوند

( خازنهاي ورقه اي ، خازنهاي سراميكي ، خازنها الكتروليتي)

•  خازن هاي ورقه اي 

 در خازنها ي ورقه اي براي عايق بودن و انعطاف پذير باشند از كاغذ و مواد پلاستيكي استفاده ميكنند. شامل موارد پايين ميشوند. 

خازن ميكا

در اين نوع خازن ورقه هاي (فلزي ­– آلمينيوم) بين صفحات خازنها قرار ميگيرند و به طور يك در ميان روي به روي هم قرار ميگيرند. گنجايش خازنهاي ميكا از0.01 تا 1 ميكروفراد ميباشد. براي بالا بردن ظرفيت خازني ميكا به دو ويژگي بستگي دارد، اول تعداد صفحات و دوم اندازه صفحات بايد بزرگتر باشند تا قدرت گنجايش آنها بالاتر رود. از ويژگي هاي خازن ميكا ميتوان به با ولتاژ بالا كار ميكند. عمر طولاني و كاراي در مدارهاي فركانس بالا.

​

 پلاستيكي 

براي خازنهاي پلاستيكي از ورق هاي نازك به عنوان عايق مورد استفاده قرار مي گيرد. طرز قرار گررفتن اين ورقه ها به همراه ديگر  ورقه هاي باريك فلز كه از جنس آلمينيوم ميباشند را به صورت لوله اي داخل خازن گذاشته و بسته بندي ميكنند . درحال حاضر از اين نوعع خازنها بيشترين نوع خازن استفاده ميشود به دليل قابليت هاي فراواني دارند يكي از اين ويژگي در مقابل حرارت بالا مقاومت نشان مي دهد.

​

بخاطر اين ويژگي بيشتر در مدارها مورد استفاده مي قرار ميگيرند.ماده اي شيميايي در اين نوع خازنها استفاده ميشود به اسم پلي استايرن به همين دليل به اين خازنها پلي استاير گفتع مي شود. تعريفي از پلي استايرن هم داشته باشيم تا بيشتر با اين ماده آشنا شيم، اين ماده يك اسم اختصاصي دارد به  GPPS كه براي مصارف عمومي كاربرد دارد عموما بايستي و داراي مزيت هاي خوبي در برابر حرارت و توانايي بالاي در مقابل ضربه هاي شديدي و افتادگي از فاصله دارد، از نظر شيميايي پلي استايرن يك هيدروكربن  بلند با و در مركز آن تغير هاي كربني به گروهاي فنيل اتصال ميشوند.

 سراميكي يا عدسي 

خازن سراميكي يك از معمولي ترين خازنهاي غير الكتروليتي مي باشند. كه در آن عايقي استفاده شده كه از جنس سراميك مي باشد. و مقدار ماده اي كه بين صفحات اين سيستم ميباشد توانايي بالايي براي بهينه كردن دارد. و همچنين قدرت علمكرد خازن را افزايش مي دهد. به همين دليل ميتوان خازنهايي با گنجايش بالا و در ابعاد كوچك ساخت و در نهايت ولتاژ كار آنها قوي مي باشد. گنجايش خازنها سراميكي تقريبا بين 5پيكوفاراد تا 0.1 ميكروفاراد هستش. خازن سراميكي در شكل هاي متفاوتي به بازار ارائه ميشود مانند( ديسكي ، استوانه ). بسامد خازنهاي سراميكي ميتوان گفت بالا 100مگاهرتز مي باشد. 

​

 هوا

اين نوع خازن عايقي كه درآن استفاده شده است از هوا مي باشد. خازنهاي هوا از تعداد صفحه تشكيل شده كه تعدادي از آن حركت ميكنند و تعدادي از آنها ثابت هستن. اين صفحه ها به وريت يكي در ميان با تنظيم فاصله دقيق از هم قرار گرفتن. زماني كه صفحات متحرك در ميان صفحه هاي خازني ثابت  حركت ميكنند در نتيجه تاثير صفحات تغيير ميكند و گنجايش خازن افزايش ميابد و در نهايت مقدار حجم يك خازن هوا با توجه به گردش صفحه ها متحرك ظرفيت خارني تغيير ميكند. 

​

 الكتروليت

خازن الكتروليت سيستمهاي هستن كه از مايع رساناي يونيزه شده براي اين نوع خازنها استفاده شده است و توانايي بالاي دارد براي ذخيره جريان برق. نكته اي كه بايد به آن توجه داشته باشيد پايه هاي اين خازنها را جا به جا ببنيد  دستگاه باعث انفجار ميشود يعني اين خازنها منفجر ميشود. اين  خازنها يالكتروليتي هميشه داراي دو قطب ثابت منفي و مثبت دارند، يني به طور ثابت يك قطب آن مثبت و قطب ديگر آن منفي مي باشد. خازنها الكتروليتي همانند مابقي خازنهايي دو سر دارند كه به اسم آند و كاتد هستند، و به واسطه يك ماده غيررسانا از يكديگر  جدا ميشوند. آند عموما از يك ورق فلزي مي باشد. در طي مراحلي آندش يه لايه اكسيد به روي ورقه آند شكل ميگيرد. اين لايه همان عايقي ميباشد در خازن الكتروليتي است. كاتد در اين خازن نقش الكتروليت را دارد و  ممكن است به صورت هاي مختلفي در خازنها باشد مانند: جامد، مايع و يا به صورت ژل باشد. كاتد يا همان الكتروليت اكسيد را در اختيار گرفته و نقش ورقه كاتد را اجرا ميكند.

​

 آلمينيومي

خازن آلمينيومي شبيه مابقي خازنهاي ديگري از دو صفحه آلمينيومي ساخته شده است. آند عموما از يك ورق فلزي مي باشد. در طي مراحلي آندش يه لايه اكسيد به روي ورقه آند شكل ميگيرد. اين لايه همان عايقي ميباشد در خازن الكتروليتي است. ساختار داخلي اين آنها به اين شكل است كه دو صفحه آلمينيومي كه همراه با دو لايه كاغذ متخلخل ( سوراخ سوراخ ) كه مابين آنها قرار گرفته و پيچيده شده و سيم هاي اتصال نيز به پايان صفحه هاي آلمينيومي متصل متصل هستن. بعد از آن كه صفحه هاي آنها داخل يك عايق مناسب شكل گرفتن همراه آنها

يك لايه اكسيد كه سبب مي شوند سرعت را بالا ببرد آغشته ميشود به صورت كامل در داخل اين ماده غوطه ور ميشوند. سپس بعد از اين موارد آنها را داخل يك قالب فلزي گذاشته و در آخر يك بلوك پلاستيكي كه سيم ها را از خازن خارج نگه ميدارد را محكم بسته ميشوند

خازن اسنابر  

خازن اسنابر را ميتوان به عنوان يكي از مهمترين عوامل انتقال جريان دانست به دليل كاهش دهنده دماي اتصال يا به عبارتي ديگر زماني كه ولتاژ بالا ميرود اتصال را محدود يا قطع كند. مدارهاي اسنابر براي كاهش نرخ تغييرات ولتاژ يا جريان (di/dtdi/dt يا dv/dtdv/dt) و زياد شدن ولتاژ در مدت زمان روشن يا خاموش شدن دستگاه مورد كاربرد قرار ميكيرد.قطعات نيمه رسانا به احتمال مواردي كه در سيتستم اتفاق ميوفتد قطعه هاي مختلفي در مدار سوييچينگ دچار نقص فني شود و نتواند درست كار كند و كارايي خود را از دست بدهد. مواردي كه باعث نقص ميشوند مانند: گرم شدن ، اضافه ولاتاژ ، جريان هاي اضافي يا هر تغيير ناگهاني دليل اين نقص ميشود. براي اين نو قطعات ميتوان از فيوز هاي استفاده كرد كه از جريان هاي اضافي محافظت كرد. براي جلوگيري از تغيير ولتاژ و يا جريان هاي (dv/dtdv/dt) ، (di/dtdi/d) اضافي ميتوان از مدارهاي اسنابر استفاده كرد.

مدار اسنابر در دو طرف سوئيچنگ مانند ترانزيستورها، تريستورها، و… قرار مي‌گيرند. سوئيچينگ زماني كه از حالت ON به  OFF  تغيير جهت مي دهد مقاموت قطعه به صورت كاملا اتفاقي تغيير زيادي مي كند. اما به دليل اين كه جريان كمي از مدار عبور كند. اين امر سبب ايجاد ولتاژ بزرگي در دو سر قطعه مي‌شود. اگر جريان سريع‌تر كاهش پيدا كند، ولتاژ بزرگ‌تري به قطعه تلقين مي‌شود و اگر قطعه توانايي مقاموت را در برابر اين ولتاژ نداشته باشد، خواهد سوخت. به همين علت به يك مسير كمكي نياز است تا از اين ولتاژ بزرگ القايي جلوگيري شود. به طور مشابه، وقتي حالت گذرا از OFF به ON داشته باشيم، به علت به صورت يك نواخت جريان پخش نمي شود در ناحيه، و به علت حرارت بالا كليد دچار سوختي ميشود. به دليل اين كه خسارتي به سوييچينگ يا كليد وارد نشود از اسنابر بايد استفاده شود براي كم كردن جريان درموقع آغاز به كار نياز به يك راه جايگزين الزامي ميباشد. 

با تشكر از وقتي كه براي مطالعه اين مطلب گذاشتيد و اميد وارم اين مقاله به شما كمك كرده باشد براي شناخته بهتره خازن.باتشكر.