خازن

شناخت خازن مشخصه ها انواع و ساختمان

35

خازن چیست؟

خازن قطعه ای است که از آن به منظور ذخیره سازی انرژی الکتریکی به شکل بار الکترواستاتیکی و با نمود ولتاژ مورد استفاده قرار می گیرد . به دلیل ذخبره سازی انرژی می توان از آن برای جداسازی AC  و DC به خوبی از آن استفاده می شود .

به عبارت دیگر خازن قطعه ای استکه دارای توانایی مقدار مشخصی الکتریسیته را در خود به صورت یک میدان الکترو استاتیکی است . البته میزان این انرژی ذخیره شده بستگی به مشخصه مهمی از خازن به عنوان ظرفیت دارد .

خازن جزو یکی از اجزای پایه مدار الکتریکی و الکترونیکی به شمار می آید . خازن را بر این اساس می توانید در بسیاری موارد و کاربردهای متنوع مانند فیلترها (صافی ها) تغییر دهنده های شکل موج (انتگرال گیر، مشتق گیر) چندبرابر کننده های ولتاژ ، زمان سنج ها یا تایمر ها و اصلاح ضریب قدرت و بانک های خازنی و ……. به کر برده شوند.خازن capacitor  یا انباره که با حرف c نمایش داده می شود . سمبل یا علامت شماتیک آن در مدار به شکل زیر است.

سمبل خازن شمای مداری خازن
شکل شماتیک یا علامت خازن

ساختمان و اجزاء خازن

به صورت کلی یک خازن مجموعه ای است شامل دو هادی به صورت صفحه که به آن جوشن نیز گفنه می شود. به علاوه یک بخش عایق که بین دو صفحه قرار می گیرد . به هر یک از این دو صحفه دو پایه متصل می شود. که همان پایه ها یا ترمینال های خازن است . بع صفحه عایق دی الکتریک می گویند . بسته به نوع یا جنس عایق و همچنین ضخامت عایق اثر ماده عایق کم و زیاد شده در نتیجه اثر خازن یا همان ظرفیت خازن کم و زیاد می شود . دی الکتریک انواع مختلفی دارد . میزان خاصیت عایقی یا همان ضریب دی الکتریک عایق های مختلف را نسبت به هوا می سنجد . به این صورت که ضریب دی الکتریک هوا را یک در نظر می گیرند.

جدول ثابت دی الکتریک
جدول ثابت دی الکتریک

همچنین خازن ها را بر اساس ساختمان می توان به دو گرو ثابت و متغیر دسته بندی نمود . به علاوه می توان خازن ها را براساس نوع دی الکتریک نیز تقسیم بندی نمود . با توجه به نوع دی الکتریک استفاده شده در خازن ابعاد و مشخصه های کاری خازن نیز تغییر می کند . بر این اساس دی الکتریک به کار رفته در ساختمان خازن نقش بسیار مهمی در کاربرد و نوع و شکل بهره برداری از خازن خواهد داشت .

ظرفیت خازن

ظرفیت یک خازن در واقع میزان گنجایش بارالکتریکی است که خازن قادر است  آن در خود ذخیره کند. به عبارت دقیق تر نسبت بار الکتریکی ذخیره شده به اختلاف پتانسیل صفحات می باشد که آن را باحرف C  نمایش می دند که واحد آن  است به دلیل گرامی داشت مایکل فارادی به این واحد فاراد گفته می شود و آن را با حرف F نمایش می دهند . به این ترتیب یک فاراد معادل ظرفیت خازنی است که اگر اختلاف پتانسیل یک ولت بین دو جوشن یا صفحات قرار بگیرد بار الکتریکی یک کولن در آن ذخیره شود

رابطه ظرفیت خازن به شکل زیر است.

معادله خازن

که در این رابطه :

ظرفیت خازن بر حسب فاراد F  C:

بار ذخیره شده بر حسب کولن Q  q:

اختلاف پتانسیل دو سر خازن بر حسب ولت V  v:

با توجه به بزرگ بودن واحد ظرفیت خازن یا همان فاراد معمولا از اجزای فاراد استفاده می شود.

واحد فاراد
اجزاء فاراد

سه عامل بر روی ظرفیت حازن موثر است

  1. مساحت صفحات :

  2. توجه داشته باشید، در حالتی که فاصله بین صفحات یا همان ضخامت عایق در دو خازن برابر باشد با دو برابر کردن مساحت صفحات ظرفیت خازن دو برابر خواهد شد. لازم به ذکر منظور مساحت صفحات در واقع مساحت مفید صفحات یا آن بخش از صفحات که یکدیگر را می پوشاند.
ظرفیت و سطح صفحات
تناسب سطح صفحات و ظرفیت خازن

2. فاصله بین صفحات :

در صورت کم یا زیاد شدن فاصله بین صفحات سبب تغییرظرفیت خازن خواهد شد البته این نسبت به صورت عکس عمل می کند به این ترتیب که هرچه فاصله صفحات یا ضخامت عایق کمتر شود ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود . میزان این فاصله یا به عبارتی ضخامت عایق به ولتاژ اعمال شده به خازن نیز مرتبط است . در خال حاضر با استفاده از تکنولوژی روز می توان خازن هایی با 2فاصله صفحات خیلی کم ساخت که توانایی تحمل ولتاژ تا چند صد ولت دارند.

تناسب ضخامت ظرفیت خازن
نسبت ضخامت دی الکتریک و ظرفیت خازن

3. اثر دی الکتریک :

ماده عایق استفاده شده بین صفحات هادی خازن دی الکتریک نام دارد . ای ماده عایق یا دی الکتریک می تواند از جنس هوا کاغذ شیشه ، خلاء ، میکا و…. باشد . بعضی از مواد به دلیل خاصیت عایق خوبی که دارند می توانند ضرفیت خازنی بزرگتری را تولید کنند در صورتی که آنهایی که خاصیت عایقی پایین تر وکمتری را دارا هستند ظرفیت خازنی کمتری را ایجاد می کنند . عمده تفاوت بین دی الکتریک خوب و ضعیف ، به چگونگی تاثیر نیرو الکترواساتاتیکی بر روی مولکول های آنها برمی گردد.

نسبت دی الکتریک و ظرفیت خازن
تغییر ظرفیت خازن با تغییر نوع دی الکتریک

رابطه زیر میزان ظرفیت خازن بر اساس سه متغیر سطح صفحات ، فاصله صفحات و جنس عایق یا ضریب دی الکتریک بیان می کند. که در آن :

رابطه خازن

ضریب دی الکتریک بر اساس جدول

مساحت صفحات بر اساس متر مربع  A

فاصله بین صفحات یا ضخامت عایق  d

ظرفیت خازن بر حسب فاراد C

یک دیگر از مشخصه های مهم خازن ولتاژ کاری خازن است که هنگام انتخاب و بهره برداری از آن بایستی به آن توجه داشت . همچنین ممکن است در انواعی از خازن ها پلاریته یا قطب مطرح باشد که در هنگام نصب و بهره برداری باید به این مسئله توجه نمود .

علامت مداری خازن الکترولیتیشکل خازن الکترولیتی

مدار معادل خازن :

در خازن به شکل عملی ما علاوه بر المان یا عنصر خازن با اثر مقاومت یا همان اثر اهمی نیز مواجه هستیم که به مجموع عناصر خازنی و اهمی مدار معدال خازن می گونید . شکل زیر مدار معادل خازن را نمایش می دهد که شامل خازن و دو مقاومت است که یکی سری و دیگری موازی است . مقاومت سری شامل مقاومت اهمی پایه ها و اتصالات به علاوه مقاومت اهمی صفحات خازن است . مقاومت موازی به مقدار نشتی عایق یا دی الکتریک خازن مربوط می شود .

مدار معادل خازن
مدار معادل خازن

انواع مختلف خازن

خازن ها را می توان بر اساس نوع کارکرد و استفاده به دو گروه اصلی تقسیم بندی می شوند.

  1. خازن های ثابت
  2. خازن های متغیر

خازن متغیر : با تغییر سطح مفید صفحات خازن می توانید مقدار ظرفیت خازن را کم و زیاد کنید . معمولا این خازن ها یک صفحه ثابت دارند و یک صفحه متحرک . که بخش متحرک برروی بک محور دوار نصب می شود که به صورت شانه شکل داخل صفحات متحرک وارد و خارج می شوند.

خازن متغیر
خازن متغیر

خازن ثابت :

این خازن ها دارای ظرفیت ثابت و قابل تغییر نیستند. این خازن ها بر اساس تکنولوژی ساخت و نوع دی الکتریک تقسیم بندی می شوند

می توان به گروه های زیر تقسیم بندی نمود.

خازن سرامیکی :

در نوع از خازن ها برای عایق از سرامیک استفاده می شود . اندازه های ظرفیت کوچک و ابعاد فیزیکی کوچک، سطح ولتاژ کاری بالا از امتیازات این نوع خازن است .

خازن سرامیک
خازن سرامیکی

خازن پلاستیک فیلم :

عایق یا دی الکتریک نوع خازن ها از فیلم مواد پلیمری مانند پلاستیک ، پلیپروپیلن و فیلم مایلار استفاده می شود. حجم کم ، سطح ولتاژ بالا و توع شکل و سایز از امتیازات این نوع خازن ها هستند .

خازن فیلم پلاستیک
خازن پلاستیک فیلم

خازن الکترولیتی :

این خازن ها برای الکترولیت در هنگام شارژ یک واکنش شیمیایی اتفاق می افتد که تولید دی الکتریک می کند که بسیار نازک است درنتیجه سبب می شود تا در حجم کم ظرفیت بالای را در اختیار داشته باشیم . این نوع خازن ها دارای پلاریته یا قطب هستند. سطح ولتاژ پایین دارند و زمان سریس یا طول عمر هستند.

انواع خازن الکترولیتی
انواع خازن الکترولیتی

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.