، اصفهان , (اخبار رسمی): خازن قطعه ای است که جهت ذخیره انرژی الکتریکی به وسیله میدان الکترواستاتیکی، در مدار استفاده می گردد و چون بار الکتریکی در خازن ذخیره می گردد می توان از آن برای ایجاد میدان الکتریکی یکنواخت و پایدار استفاده کرد.
انواع خازن شامل: خازن عدسی و سرامیکی و الکترولیتی و خازن ورقه ای و میکا و خازن روغنی و گازی و خازن های متغیر می باشد.
خازن چیست؟
خازن چیست؟! در حقیقت خازن قطعه الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را در میدان الکتریکی ذخیره می کند. این قطعه، غیرفعال با دو پایانه است. اثر خازن به عنوان ظرفیت شناخته می شود. در حالی که مقداری ظرفیت بین هر دو رسانای الکتریکی در مجاورت یک مدار وجود دارد، خازن جزء طراحی شده جهت افزودن ظرفیت به مدار است. خازن در ابتدا به عنوان کندانسور یا کندانسور شناخته می شد. خازن ها انواع مختلفی دارند که قیمت خازن ها با هم متفاوت می باشد و بستگی به نوع آن دارد.
اولین خازن
اولین اشکال خازن یا (capacitor) در دهه 1740 ایجاد شد، زمانی که آزمایشگران اروپایی کشف کردند که بار الکتریکی را می توان در شیشه های شیشه ای پر از آب ذخیره کرد که به کوزه های لیدن معروف شدند. امروزه خازن ها به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی برای مسدود کردن جریان مستقیم استفاده می شوند و در عین حال اجازه عبور جریان متناوب را می دهند. در شبکه های فیلتر آنالوگ، خروجی منابع تغذیه را صاف می کنند. در مدارهای تشدید، رادیوها را روی فرکانس‌های خاصی تنظیم می‌کنند. در سیستم های انتقال برق، ولتاژ و جریان برق را تثبیت می کنند. ویژگی ذخیره انرژی در خازن ها به عنوان حافظه پویا در رایانه های دیجیتال اولیه مورد استفاده قرار گرفت و هنوز در DRAM مدرن وجود دارد.
در اکتبر 1745، Ewald Georg von Kleist از Pomerania، آلمان، دریافت که شارژ را می توان با اتصال یک ژنراتور الکترواستاتیک ولتاژ بالا توسط یک سیم به حجم آب در یک ظرف شیشه ای دستی ذخیره کرد. دست فون کلایست و آب به عنوان رسانا و کوزه به عنوان دی الکتریک عمل می کردند (اگرچه در آن زمان جزئیات مکانیسم به درستی شناسایی نشده بود). فون کلایست دریافت که دست زدن به سیم منجر به جرقه ای قوی می شود که بسیار دردناک تر از جرقه ای است که از یک دستگاه الکترواستاتیک به دست می آید. سال بعد، فیزیکدان هلندی، پیتر ون موشنبروک، خازن مشابهی را اختراع کرد که به افتخار دانشگاه لیدن که در آن کار می کرد، کوزه لیدن نام گرفت.دانیل گرلات اولین کسی بود که چندین شیشه را به صورت موازی ترکیب کرد تا ظرفیت ذخیره سازی شارژ را افزایش دهد.
کارکرد خازن
برخلاف مقاومت، یک خازن ایده‌آل انرژی را هدر نمی‌دهد، اگرچه خازن‌های واقعی مقدار کمی انرژی را تلف می‌کنند (به رفتار غیر ایده‌آل مراجعه کنید). هنگامی که یک اختلاف پتانسیل الکتریکی (ولتاژ) در پایانه های یک خازن اعمال می شود، برای مثال زمانی که یک خازن به یک باتری متصل می شود، یک میدان الکتریکی در سراسر دی الکتریک ایجاد می شود که باعث می شود یک بار مثبت خالص در یک صفحه جمع شود و خالص منفی شود. در واقع هیچ جریانی از دی الکتریک عبور نمی کند. با این حال، یک جریان شارژ از طریق مدار منبع وجود دارد. اگر شرایط به اندازه کافی برای مدت طولانی حفظ شود، جریان از مدار منبع متوقف می شود. اگر یک ولتاژ متغییر با زمان در سرنخ های خازن اعمال شود، منبع به دلیل چرخه های شارژ و دشارژ خازن، جریان مداومی را تجربه می کند.
تئوری عملکرد خازن
یک خازن از دو هادی تشکیل شده است که توسط یک ناحیه غیر رسانا از هم جدا شده اند. منطقه نارسانا می تواند یک خلاء یا یک ماده عایق الکتریکی باشد که به عنوان دی الکتریک شناخته می شود. نمونه هایی از محیط های دی الکتریک عبارتند از: شیشه، هوا، کاغذ، پلاستیک، سرامیک و حتی یک ناحیه تخلیه نیمه هادی که از نظر شیمیایی با هادی ها یکسان است. بر اساس قانون کولن، بار بر روی یک هادی نیرویی بر حامل های بار در هادی دیگر وارد می کند، بار قطب مخالف را جذب می کند و بارهای قطبی مشابه را دفع می کند، بنابراین بار قطبی مخالف بر روی سطح هادی دیگر القا می شود. بنابراین هادی ها بارهای مساوی و مخالف را روی سطوح روبروی خود نگه می دارند، و دی الکتریک یک میدان الکتریکی ایجاد می کند.
یک خازن ایده‌آل با ظرفیت ثابت C، بر حسب فاراد در سیستم واحدهای SI مشخص می‌شود که به عنوان نسبت بار مثبت یا منفی Q در هر رسانا به ولتاژ V بین آنها تعریف می‌شود: C=Q/V
ظرفیت یک فاراد (F) به این معنی است که یک کولن بار در هر رسانا باعث ایجاد ولتاژ یک ولت در دستگاه می شود. از آنجایی که هادی ها (یا صفحات) به هم نزدیک هستند، بارهای مخالف روی هادی ها به دلیل میدان الکتریکی آنها یکدیگر را جذب می کنند، و به خازن اجازه می دهد تا بار بیشتری را برای یک ولتاژ معین نسبت به زمانی که هادی ها از هم جدا شده اند، ذخیره کند و ظرفیت بیشتری را ایجاد کند.
در دستگاه های عملی، گاهی اوقات افزایش شارژ به صورت مکانیکی خازن را تحت تأثیر قرار می دهد و باعث تغییر ظرفیت خازن می شود. در این مورد، ظرفیت ظرفیت بر حسب تغییرات افزایشی تعریف می شود: C=dQ/dV
اساس کاربرد یک خازن
اساس کاربرد یک خازن بدین صورت است که با قرار گرفتن در مدار متناوب، حد خاصی از انرژی الکتریکی را در خودش ذخیره می‌کند و در هنگام افت یا کاهش ناگهانی جریان، انرژی ذخیره شده را به مدار باز می‌گرداند. این یک چرخه متناوب و سریع می باشد. خازن ها کاربرد بسیاری دارند در حقیقت خازن مثل یک فیلتر است و شاخصه‌های جریان را اصلاح می‌کند. خازن ها در بردهای فیلترینگ، فرکانس جریان را تغییر می‌دهند.یکی از خواص این قطعه تقویت‌کنندگی است و به عنوان یک دیوار بین قسمتهای مستقیم و متناوب مدارهای پیچیده عمل می‌کند. خازن در ارتباط با برق مستقیم، بعد از شارژ شدن اجازه عبور جریان را نمی‌دهد. خازن در صورت موازی بسته شدن با بعضی از قطعات به Bypass فرکانس کمک می‌کند. و عمدتا خازن یک نویزگیر طبیعی در مدار می باشد.
انواع خازن
شکل فیزیکی و ساخت خازن ها بسیار متفاوت است و انواع مختلفی از خازن ها وجود دارد. بیشتر خازن ها حداقل دارای دو هادی الکتریکی هستند که اغلب به شکل صفحات فلزی یا سطوحی هستند که توسط یک محیط دی الکتریک از هم جدا شده اند. یک هادی ممکن است یک فویل، لایه نازک، مهره متخلخل فلزی یا یک الکترولیت باشد. دی الکتریک نارسانا برای افزایش ظرفیت شارژ خازن عمل می کند. موادی که معمولاً به عنوان دی الکتریک استفاده می شوند عبارتند از شیشه، سرامیک، فیلم پلاستیکی، کاغذ، میکا، هوا و لایه های اکسید. خازن ها به طور گسترده ای به عنوان بخشی از مدارهای الکتریکی در بسیاری از دستگاه های الکتریکی رایج استفاده می شوند.
به طور کلی انواع خازن:
- عدسی
- سرامیکی
- الکترولیتی(آلومینیومی، تانتالیوم)
- خازن ورقه ای(کاغذی و پلاستیکی)
- میکا
- روغنی و
- گازی
- خازن های متغیر می باشند.
خازن عدسی ابعاد کوچک دارد. این خازن ها بدون پلاریته مثبت و منفی یا خازن های بدون قطب می باشند که محدوده ای بین پیکو فاراد و نانو فاراد می باشد در واقع هر چه قدر میزان خازن بالاتر باشد سایز و اندازه آن بزرگتر می شود.
از دیگر انوع خازن های بدون قطب، خازن سرامیکی می باشند که جنس دی الکتریک آن ها از سرامیک می باشد.به دلیل بالا بودن ثابت دی الکتریک سرامیک، این خازن عایق خوبی است و ولتاژ کاری این نوع خازن بالا است.
خازن الکترولیتی
خازن های الکترولیتی یا شیمیایی دارای قطب های مثبت منفی هستند درست بر خلاف خازن های عدسی. و عمدتا در رنج میکرو فاراد می باشند. هنگام استفاده در مدار باید به جهت خازن توجه داشته باشید تا دچار اشتباه نشوید. انواع خازن های الکترولیتی، آلومینیومی و تانتالیومی است که از مهمترین کاربردهای خازن الکترولیتی می توان به یکسو کننده دیودی بعنوان فیلتر و کوپلینگ در مدار بایاس ترانزیستور ها اشاره کرد.
خازن کاغذی
این خازن ها به دلیل کوچک بودن ثابت دی الکتریک، ابعاد فیزیکی بزرگ دارا می باشند، و یکی از مزیت های خازن کاغذی می توان به امکان استفاده در ولتاژها و جریانهای بالا اشاره کرد.
خازن میکا
ظرفیت این نوع خازن به ظور کلی معمولا بین 01/0 الی 1 میکرو فاراد می باشد. از مهم ترین ویژگی خازن میکا می توان به امکان داشتن ولتاژ کار بالا و عمر طولانی اشاره کرد که می توان در مدارات فرکانس بالا مورد استفاده قرار گیرند.
خازن روغنی و گازی
این خازن ها بسیار پرکاربرد هستند و در صنعت برق در مدارهای الکتریکی جهت راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت مورد استفاده قرار می گیرند.
### پایان خبر رسمی