خازن چیست؟ انواع و کاربردهای آن 

خازن را با حرف C که ابتدای کلمه Capacitor است نمایش می‌دهند. با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود، برای ایجاد میدان‌های الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آن‌ها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. در ادامه با ما همراه باشید تا ببینیم که انواع خازن چه کاربردهایی دارند؟ مشخصات و ویژگی های خازن ها چیست؟ آشنایی با این ویژگی ها در زمان خرید خازن می تواند به داشتن انتخابی متناسب با نیازهای پروژه شما، کمک کند.

خازن چیست و چگونه کار می کند؟

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که می‌تواند بار و انرژی را در خود ذخیره کند. خازن‌ها انواع مختلفی دارند و همه آن‌ها شامل حداقل دو هادی هستند که توسط یک عایق از یکدیگر جدا شده‌اند؛ به این هادی‌ها صفحات خازن نیز می‌گویند. صفحات خازن می‌توانند از جنس فلز یا الکترولیک باشند. دی الکتریک نیز لایه‌ای عایق است که بین صفحات خازن قرار می‌گیرد و ظرفیت خازن را افزایش می‌دهد. جنس آن هم می‌تواند از شیشه، آب، سرامیک، پلاستیک، میکا، کاغذ و … باشد.

به دلیل نگهداری انرژی الکتریکی، از خازن ها در مدارات تایمینگ به همراه مقاومت‌ها استفاده می‌شوند. به دلیل اینکه خازن‌ها به راحتی سیگنال های متناوب AC را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند، برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم یا در مدارات به عنوان فیلتر نیز از کاپاسیتور استفاده می‌شود.

[aparat id=’Bn8Wu’]

مشخصات خازن

مانند دیگر مولفه‌های الکترونیکی، خازن هم با یک سری ویژگی‌ها تعریف می‌شود. این مشخصه‌های خازن‌ها همیشه در دفترچه های اطلاعاتی که سازندگان خازن برای استفاده از آن مهیا کرده‌اند، یافت می‌شود. در اینجا به بعضی از مهم ترین ویژگی‌های خازن ها اشاره شده است.

به دلیل نگهداری انرژی الکتریکی، از خازن ها در مدارات تایمینگ به همراه مقاومت‌ها استفاده می‌شوند. به دلیل اینکه خازن‌ها به راحتی سیگنال های متناوب AC را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند، برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم یا در مدارات به عنوان فیلتر نیز از کاپاسیتور استفاده می‌شود.

بار خازن

ظرفیت یک کمیت فیزیکی است و به ساختار داخلی قطعه بستگی دارد و عموماً یکی از معیارهایی است که در باید به آن دقت کنید. ظرفیت و بار خازن معیاری برای اندازه‌گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. هرچه ظرفیت یک خازن بیشتر باشد، قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه‌گیری ظرفیت فاراد است. ۱ فاراد یکای بسیار بزرگی است و در عمل، ظرفیت اکثر خازن‌های متداول در محدوده میلی‌فاراد (mF)، میکروفاراد (µF)، نانوفاراد (nF)  و پیکوفاراد (pF) است. نسبت مقدار باری که روی صفحات خازن انباشته می‌شود (Q) بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری (V) را ظرفیت خازن (C) گویند (C = Q/V). در خازن‌های تخت (که دو صفحه خازن، دو صفحه رسانای موازی با مساحت A است که به فاصله d از یکدیگر قرار گرفته اند) فرمول ظرفیت خازن به شرح زیر است.

K در رابطه بالا ثابت دی‌الکتریک است که متناسب با جنس دی‌الکتریک استفاده شده در خازن است، مثلا به ازای هوا و خلا تقریبا برابر یک است و به ازای آب k = 80 است.

انرژی ذخیره شده در خازن

وقتی صفحه‌های خازن دارای بار الکتریکی می‌شوند، انرژی در آن ذخیره می‌شود. مثلاً در هنگام شارژ شدن خازن توسط باتری، دائماً باری جزئی از یک صفحه خازن جدا و به همان اندازه به صفحه دیگر منتقل می‌شود؛ بنابراین طی این فرایند، باتری روی خازن کار انجام می‌دهد و این کار به صورت انرژی درون خازن ذخیره می‌شود؛ بنابراین انرژی ذخیره شده در یک خازن از رابطه زیر بدست می‌آید.

ظرفیت نامی (C)

مقدار نامی ظرفیت C یک خازن از مهمترین ویژگی‌های خازن است. این مقدار در پیکو فاراد (pF)، نانو فاراد (nF) یا میکرو فاراد (μF) اندازه‌گیری می‌شود و در بدنه خازن به صورت اعداد، حروف یا باندهای رنگی علامت‌گذاری می‌شود. ظرفیت یک خازن می‌تواند مقدار را با فرکانس مدار (Hz) با دمای محیط تغییر دهد. خازن‌های سرامیکی کوچکتر می‌توانند یک مقدار نامی کوچک به اندازه یک پیکو فاراد  (1pF) داشته باشند در حالی که خازن‌های الکترولیتی بزرگتر می‌توانند یک مقدار ظرفیت نامی بالای 1 فاراد (1F) داشته باشند. تمام خازن‌ها یک محدوده قدرت تحمل که می‌تواند از 20%- تا بالای 80%+ باشد، داشته باشند که برای الکترولیت آلومینیوم مقدار واقعی آن را تحت تاثیر قرار می‌دهد. انتخاب خازن توسط پیکربندی مدار تعیین می‌شود اما مقدار خوانده شده در بخش خازن ممکن است ضرورتاً مقدار واقعی آن نباشد.

ولتاژ کاری (WV)

ولتاژ کاری از دیگر ویژگی‌های مهم خازن است که ولتاژ پیوسته ماکزیمم چه DC یا AC که می‌تواند به خازن بدون شکست در طول عمر کاری به آن اعمال شود را تعریف می‌کند. عموما، ولتاژ کاری چاپ شده در بخش بدنه خازن به عنوان ولتاژ کاری DC آن (WVDC) عنوان می‌شود. مقادیر ولتاژ AC ،DC معمولا برای یک خازن یکسان نیستند زیرا که مقدار ولتاژ AC به عنوان مقدار RMS و نه مقدار اوج یا بیشینه که 1.414 بار بزرگتر است عنوان می‌شود. همچنین، ولتاژ کاری DC ویژه در داخل یک محدوده دمای مشخص به صورت نرمال از -30  تا +70 درجه سانتی‌گراد معتبر است. هرگونه ولتاژ DC بیش از ولتاژ کاری آن یا یک جریان موجی AC افزون ممکن است باعث شکست شود. بنابراین، یک کاپاسیتور اگر در یک محیط خنک  و در داخل ولتاژ کاری خود عمل کند یک عمر کاری طولانی‌تری خواهد داشت. ولتاژهای DC کاری رایج 10،16،25،35،50، 63، 100، 160، 250، 400  ولت و 1000 ولت هستند و در بدنه خازن چاپ شده‌اند.

قدرت تحمل (±%)

همانند مقاومت‌ها، خازن‌ها نیز دارای یک محدوده قدرت تحمل بیان شده مانند یک مقدار جمع – یا – منها هم در پیکوفاراد (±pF) برای کاپاسیتور های مقدار پایین عموما کمتر از 100pF و یا به عنوان درصد (±%) برای کاپاسیتور های مقدار بالا عموما بالاتر از 100pF هستند. مقدار قدرت تحمل میزانی است که بیان می‌کند کدام ظرفیت خازنی واقعی می‌تواند از مقدار نامی خود تغییر کند و می تواند در هر جایی از 20-٪ تا 80+٪ باشد. بنابراین یک کاپاسیتور با ظرفیت μF100 با قدرت تحمل 20٪± می تواند از 80μF تا 120μF به صورت صحیح تغییر کند و همچنان در همان قدرت تحمل باقی بماند. خازن‌های بر اساس مقدار نزدیکی به مقادیر واقعی خود در مقایسه با ظرفیت نامی محدود شده رنج‌بندی می‌شوند و باندهای رنگی یا حروف برای نشان دادن مقدار قدرت تحمل واقعی آنها استفاده می‌شود. تغییرات قدرت تحمل رایجتر برای خازن‌ها 5% یا 10% است اما برخی خازن‌های پلاستیکی به کوچکی 1%  ±محدود شده‌اند.

جریان نشتی خازن

دی الکتریک استفاده شده درون خازن برای جداکردن  صفحات رسانا یک عایق خوب نیست و منجر به شارش جریان خیلی کوچک یا “نشتی” در دی الکتریک به دلیل تاثیر میدان‌های الکتریکی قدرتمند ساخته شده توسط بار بر روی صفحات هنگامی که به یک ولتاژ تغذیه اعمال شده، می‌شود.

این جریان DC کوچک در محدوده نانو آمپر (nA) شارش می‌یابد که جریان نشتی خازن ها نامیده می‌شود. جریان نشتی نتیجه عبور فیزیکی الکترون‌ها از مسیر دی الکتریک، پیرامون لبه‌های آن یا در لبه‌های آن است و در صورت حذف ولتاژ منبع تغذیه، به مرور زمان خازن را تخلیه می‌کند. زمانی که نشتی بسیار پایین است مانند خازن نوع فیلم  یا خازن‌های نوع فویل، آن عموما به عصورت “مقاومت عایقی” (R_p) عنوان می‌شود و می‌تواند به عنوان یک مقاومت مقدار بالا بصورت موازی با خازن همانطور که نشان داده شده بیان شود. هنگامی که جریان نشتی بالا است همانند نوع الکترولیتی، آن به صورت یک “جریان نشتی” هنگامی که الکترون‌ها به صورت مستقیم در الکترولیت شارش می‌یابد، عنوان می‌شود.

جریان نشتی خازن‌ها یک پارامتر مهم در مدارهای پیوندی تقویت‌کننده یا در مدارهای تغذیه توان است که به عنوان بهترین انتخاب برای پیوند و یا کاربردهای ذخیره‌سازی مانند تفلون و انواع کاپاسیتورهای پلاستیکی دیگر (پلی پروپلن، پولی استرن، و غیره) هستند زیرا هر چه ثابت دی الکتریک پایین‌تر باشد، مقاومت عایقی بالاتر است. در سمت دیگر ممکن است خازن‌های نوع الکترولیتی (تانتالیوم و آلومنیوم) دارای ظرفیت خازنی بالایی باشند اما آنها همچنین به دلیل مقاومت عایقی ضعیف آنها  دارای جریان‌های نشتی بالایی هستند (نوعا مربوط به مرتبه نزدیک μA 5-20 در هر μF) و در نتیجه برای کاربرهای ذخیره سازی یا پیوندی مناسب نیستند. همچنین، شارش جریان نشتی برای الکترولیت آلومنیومی با دما افزایش می‌یابد.

دمای کاری خازن ها (T)

تغییرات در دمای اطراف کاپاسیتور به دلیل ویژگی‌های دی الکتریک، مقدار کاپاسیتورها را تحت تاثیر قرار می‌دهد. اگر هوا یا دمای محیط خیلی داغ یا خیلی سرد باشد مقدار ظرفیت خازنی ممکن است خیلی زیاد تغییر کند به طوری که عملکرد صحیح مدار را تحت تاثیر قرار می‌دهد. محدوده کاری نرمال برای اکثر خازن‌ها بین  30- تا 125+ درجه سانتی‌گراد با محدوده‌های ولتاژ نامی ارائه شده برای یک دمای کاری کمتر از70+ درجه سانتی‌گراد مخصوصا برای خازن‌های نوع پلاستیکی است.

عموماً برای خازن‌های الکترولیتی و خصوصاً برای خازن الکترولیت آلومینیومی در دماهای بالا (بیش از +85 C) مایع‌ها در داخل الکترولیت می‌توانند بخار شوند و بدنه خازن (مخصوصاً سایز کوچک) ممکن است به دلیل فشار داخلی و نشت به بیرون ممکن است تغییر شکل دهند. خازن‌های الکترولیتی نمی‌تواند در دماهای پایین  زیر -10⁰ C به کار روند، زیرا که ژل الکترولیت منجمد می‌شود.

ضریب دما (TC)

ضریب دمای یک خازن، ماکزیمم تغییر در ظرفیت آن در محدوده دمای ویژه آن است. ضریب دما یک خازن به طور کلی به‌صورت خطی به عنوان بخش‌هایی در هر میلیون در هر درجه سانتی‌گراد  (PPM/⁰C)بیان می‌شود یا به عنوان یک تغییر درصدی در یک محدوده خاص از دما بیان می‌‌شود. برخی خازن‌ها غیر خطی هستند خازن‌های کلاس 2) و مقدار آنها با افزایش دما افزایش می‌یابد و به آنها یک ضریب دما که به صورت مثبت “P” نشان داده شده، ارائه می‌شود.

بعضی از خازن‌ها با افزایش دما، مقدار خود را کاهش می‌دهند و ضریب دمایی که به عنوان یک “N” منفی بیان می‌شود به آنها ارائه می‌شود. به عنوان مثال  “P100”  +100 ppm / C  یا “N200” است، که  -200ppm /⁰ C و غیره است. اگرچه، برخی از کاپاسیتور ها مقدار خود را تغییر نمی‌دهند و در یک محدوده دمای خاص ثابت می‌مانند، چنین کاپاسیتور هایی دارای ضریب دمای صفر یا “NPO” هستند. این نوع خازن‌ها مانند میکا یا پلی‌استر معمولاً به عنوان کاپاسیتور کلاس 1 بیان می‌شوند. اکثر خازن‌ها، به ویژه الکترولیت‌ها هنگامی که داغ می‌شوند، ظرفیتشان را از دست می‌دهند، اما خازن‌های جبران‌کننده دما در محدوده حداقل P1000 تا N5000 (ppm /⁰ C1000+  تا  ppm /⁰ C5000-) موجود هستند. همچنین می‌توان یک کاپاسیتور را با ضریب دما مثبت به صورت سری یا موازی با یک خازن با ضریب دما منفی وصل کرد که نتیجه خالص این است که این دو اثر متضاد باعث حذف یکدیگر اما در طی محدوده مشخصی از دما می‌شوند. یکی دیگر از کاربردهای مفید خازن‌های ضریب دما، استفاده از آنها برای خنثی کردن تأثیر دما بر روی سایر اجزای موجود در یک مدار، مانند سلف یا مقاومت و غیره است.

قطبیت خازن

قطبیت کاپاسیتور ها به طور کلی به نوع الکترولیتی اما اساسا الکترولیتیک آلومینیومی با توجه به اتصال الکتریکی آنها اشاره دارد. اکثر خازن‌های الکترولیتی از نوع قطبی هستند، یعنی ولتاژ متصل به پایانه‌های خازن باید دارای قطبیت صحیح، یعنی مثبت به مثبت و منفی به منفی باشد. قطبیت اشتباه می‌تواند باعث خراب شدن لایه اکسید در داخل کاپاسیتور شود و منجر به شارش جریانهای بسیار بزرگ درون  قطعه می‌شود که در نهایتا منجر به تخریب آن که قبلا نیز به آن اشاره شد، می‌شود.

بیشتر خازن‌های الکترولیتی دارای پایانه منفی –Ve هستند که به صورت شفاف با یک نوار مشکی، باند، فلش در بخش پایین بدنه  آنها برای ممانعت از هر گونه اتصال غلط به منبع تغذیه DC  علامت‌گذاری شده‌اند که نشان داده شده است. بعضی از انواع الکترولیتی بزرگتر بدنه فلزی خود را به ترمینال منفی متصل می‌کنند اما انواع ولتاژ بالا می‌توانند بدنه فلزی خود را که با استفاده از الکترودهایی که برای ایمنی پایانه های پیچ آنها را عایق‌بندی کرده‌اند جدا شون. همچنین، هنگام استفاده از مدارهای الکترولیت آلومینیومی در مدار های هموار کننده منبع تغذیه، باید از تبدیل شدن جمع ولتاژ DC اوج و ولتاژ موج دارAC  به یک “ولتاژ معکوس”، جلوگیری کرد.

مقاومت سری معادل (ESR)

مقاومت سری معادل یا ESR یک خازن، امپدانس AC خازن هنگامی که در فرکانس های زیاد استفاده می‌شود، است و شامل مقاومت ماده دی الکتریک، مقاومت DC پایه‌های پایانه، مقاومت DC اتصالات به دی الکتریک و مقاومت صفحه خازن است که همه در یک فرکانس و دمای خاص اندازه‌گیری می‌شوند.

از بعضی جهات، ESR نقطه مقابل مقاومت عایق است که به صورت موازی با خازن به عنوان مقاومت خالص (بدون واکنش خازنی یا القایی) ارائه می‌شود. یک خازن ایده‌آل تنها یک ظرفیت خازنی خواهد داشت اما ESR به صورت یک مقاومت خالص (کمتر از 0.1 Ω) به صورت سری با کاپاسیتور (از این رو نام مقاومت سری معادل را دارد) ارائه می‌شود و وابسته به فرکانس است که آن را به یک کمیت “پویا” تبدیل می‌کند.

از آنجا که ESR تلفات انرژی مقاومت سری “معادل”  یک کاپاسیتور را تعریف می‌کند، در نتیجه آن باید تلفات گرمایی I²R کلی خازن مخصوصا هنگامی که در مدار های سوئیچینگ و توان استفاده می‌شود را تعیین کند. خازن‌هایی با ESR نسبتاً بالا به دلیل ثابت زمانی RC طولانی شارژ و تخلیه، توانایی کمتری در عبور جریان از داخل صفحات آن و تشکیل صفحات آن به مدار خارجی دارند. ESR خازن‌های الکترولیتی با خشک شدن الکترولیت آنها به مرور زمان افزایش می‌یابد. خازنهایی با محدوده ESR بسیار پایین موجود هستند و برای استفاده از خازن به عنوان فیلتر مناسب هستند.

خازن هایی با ظرفیت خازنی کوچک (کمتر از 0.01μF) به طور کلی خطری برای انسان به وجود نمی آورد. اگر چه، هنگامی که ظرفیت آنها شروع به افزایش بیش از μF1 کرد، تماس با پایه‌های خازن می‌تواند شوکی به آدم وارد کند. خازن‌هایی که توانایی ذخیره بار الکتریکی به صورت ولتاژ را دارند، حتی اگر هیچ شارش جریانی در مدار نباشد که به آنها نوعی از حافظه با خازن های مخزنی نوع الکترولیتی بزرگ ارائه می‌کند که در دستگاه‌های تلویزیونی، فلاش‌های عکس و بانک‌های خازنی بصورت بالقوه در ذخیره بار کشنده یافت می‌شود. در زمانی که منبع تغذیه از مدار حذف شد، پایه های خازن های با مقدار بزرگ را هرگز لمس نکنید. اگر در مورد وضعیت آنها و یا ایمن بودن این خازن‌های بزرگ مطمئن نیستید، قبل از استفاده از آنها از افراد متخصص کمک بگیرید.

انواع خازن

مقایسه بین انواع مختلف خازن عموما نسبت به دی الکتریک استفاده شده بین صفحات آن، انجام می‌گیرد. مانند مقاومت ها، انواع مختلفی از خازن ها وجود دارند که به ما امکان تغییر مقدار ظرفیت آنها برای استفاده در مدارهای رادیویی یا “تنظیم کننده فرکانسی”  را ارائه می‌کنند. انواع تجاری خازن ها  از فویل فلزی در هم آویخته با صفحات نازک کاغذ آغشته به پارافین یا میلار به عنوان ماده دی الکتریک ساخته شده اند. برخی از خازن ها شبیه  لوله هستند، به این دلیل که صفحات فویل فلزی در یک استوانه برای تشکیل یک بسته کوچک با ماد دی الکتریک عایق فشرده شده بین آنها چرخانده شده اند. خازن های کوچک اغلب از مواد سرامیکی ساخته شده اند و سپس برای آب بندی ها  در رزین اپوکسی غوطه ور شده اند. در هر صورت، خازن ها نقش مهمی را در مدار های الکترونیکی اجرا می کنند، از این رو در اینجا به برخی از انواع خازن های موجود اشاره می کنیم.

دو نوع اصلی خازن وجود دارد؛ خازن های ثابت و خازن های متغیر.

1. خازن ثابت

خازن های ثابت خود به دو دسته تقسیم می شوند:

1.1. خازن پلاریزه یا قطبی

خازن های قطبی یا خازن های پلاریزه از این نوع خازن ها هستند که پایانه های آن (الکترودها) دارای قطبیت هستند. مثبت و منفی. ترمینال مثبت باید به مثبت منبع و ترمینال منفی به منفی وصل شود. معکوس کردن قطبیت، خازن را از بین می برد.

2.1. خازن غیرپلاریزه یا غیرقطبی

خازن غیر پلاریزه یا غیرقطبی، خازنی است که هیچ قطبیت ضمنی ندارد و می تواند در هر دو جهت در مدار استفاده شود.

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازن ثابت را بر اساس نوع ماده دی‌الکتریک به کار رفته در آن‌ها تقسیم‌بندی و نام‌گذاری می‌کنند و از آن‌ها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی، میکا، ورقه‌ای (کاغذی و پلاستیکی)، الکترولیتی، روغنی، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی‌الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگی‌های خاصی هستند.

خازن های قطبی بیشتر به دو نوع طبقه بندی می شوند:

1.1.1. خازن های الکترولیتی
2.1.1. ابرخازنها

1.1.1. خازن های الکترولیتی

خازن های الکترولیتی بطور کلی هنگامی استفاده می شوند که مقادیر ظرفیت خازنی بسیار بزرگ مورد نیاز باشد. در این جا به جای استفاده از یک لایه فیلم فلزی بسیار نازک برای یکی از الکترود ها، یک محلول الکترولیت نیمه مایع در شکل ژل یا چسب که به عنوان الکترود دوم (معمولا کاتد) عمل می کند، استفاده می شود. دی الکتریک یک لایه اکسیدی بسیار نازک است که به صورت الکترو شیمیایی در تولید با ضخامت فیلم کمتر از ده میکرون، رشد می کند. این لایه عایق بسیار نازک است به طوری که باعث ایجاد خازنهایی با یک مقدار بسیار بزرگ از ظرفیت خازنی برای یک اندازه فیزیکی کوچک می‌شود، زیرا فاصله بین صفحات d خیلی کوچک است.

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، خازن شیمیایی است. علت نامیدن آن‌ها به این نام این است که دی‌الکتریک این خازنها از یک واکنش شیمیایی بین یک الکترولیت رسانا و یکی از صفحات خازن ایجاد می‌شود. این واکنش در اولین بار شارژ شدن خازن در کارخانه اتفاق می‌افتد. در این واکنش یکی از صفحات خازن اکسید شده و این لایه اکسید وظیفه دی الکتریک را انجام می‌دهد.

الکترود دیگر و الکترولیت رسانای بین الکترودها با همدیگر الکترود دیگر خازن را تشکیل می‌دهند. نازک بودن لایه اکسید باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شود. این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند و اگر در مدار این قطبیت رعایت نشود لایه اکسید فلز دوباره احیا شده و دو الکترود خازن اتصال کوتاه شده و خازن رسانا می‌شود که می‌تواند باعث گرم شدن الکترولیت و سپس تبخیر آن شده که خود باعث انفجار خازن می‌شود.

خازن های الکترولیتی عموما به دلیل ظرفیت زیاد خود و اندازه کوچک آنها در مدارهای منبع تغذیه DC استفاده می شوند تا به کاهش ولتاژ موج دار یا برای کاربردهای اتصال و جداشدن کمک کند. یکی از معایب اصلی خازنهای الکترولیتی، رنج ولتاژ نسبتاً کم آنها است و به دلیل قطبی شدن خازنهای الکترولیتی، از این رو نتیجه می شود که آنها نباید در مدارهایی با  تغذیه AC استفاده شوند.

خازن های الکترولیتی به سه خانواده طبقه بندی می شوند:

1.1.1.1. خازن های الکترولیتی آلومینیومی
2.1.1.1. خازن های الکترولیتی تانتالیوم
3.1.1.1. خازن های الکترولیتی نیوبیم

1.1.1.1. خازن الکترولیتی آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده‌است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید بر روی آن ایجاد می‌شود آند نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آن‌ها قرار دارند هم‌زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند.

پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل‌گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود. اگر قصد یکسو ساز دیودی به عنوان فیلتر DC را دارید، خرید خازن های الکترولیتی آلومینیومی میتواند گزینه مناسبی برای پروژه تان باشد.

2.1.1.1. خازن های تانتالیوم

خازن تانتال نوعی خازن الکتریکی از جنس تانتال است که با لایه ای از اکسید دی الکتریک پوشانده شده است. عمده دلیل استفاده از این نوع خازن جنس تانتال آن است. برتری خازن های تانتال نسبت به خازن های دیگر، وزن کم آن و داشتن ظرفیت خازنی زیاد آن است. به دلیل گران قیمت بودن این نوع خازن ها نسبت دیگر انواع خازن، خازن تانتال فقط در قطعات تجاری و قطعاتی که کارآیی در آن ها مهم است استفاده می شوند.

از جمله محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی می‌توان به ابعاد کوچکتر، جریان نشتی کمتر  و عمر کارکرد طولانی اشاره کرد. در خرید خازن های تانتالیوم به معایب آن از جمله اینکه این نوع خازن در مقایسه با خازن های آلومینیومی گران تر است، حساسیت بیشتری نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن دارد و همچنین معکوس شدن پلاریته، قابلیت تحمل کمتر جریان‌های شارژ و دشارژ زیاد و محدودیت ظرفیت (حداکثر تا ۳۳۰ میکرو فاراد) توجه کنید. نحوه ی خواندن ولتاژ خازنهای تانتالیوم  در تصویر زیر نمایش داده شده است.

خاصیت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نیز نسبت به اکسید آلومینیوم بسیار بهتر است و جریان نشتی کمتری دارد و از پایداری خازنی بهتری برخوردار است که باعث می شود آنها برای استفاده در برنامه های مسدود سازی، کنار گذر، جدا کردن اتصال، فیلتر کردن و زمان بندی مناسب باشند.

خازن تانتالیوم اگرچه قطبی شده اند، اما می توانند خیلی راحت تر از انواع آلومینیوم به ولتاژ معکوس متصل شوند و تحمل کنند اما ولتاژهای کاری بسیار پایین تری دارند. خازنهای تانتالیوم جامد معمولاً در مدارهایی استفاده می شوند که ولتاژ AC در مقایسه با ولتاژ DC  بسیار کوچک باشد. اگرچه، برخی از انواع خازن های تانتالیوم شامل دو خازن در یکی هستند، منفی به منفی متصل شده تا یک خازن “غیر قطبی” برای استفاده در مدارهای AC  ولتاژ کم به عنوان وسیله ای غیر قطبی تشکیل شود. به طور کلی، پایه مثبت توسط یک علامت قطبیت روی بدنه خازن مشخص می شود، بدنه یک خازن دانه ای تانتالیوم یک هندسی بیضی شکل دارد.

3.1.1.1. خازن های الکترولیتی نیوبیم

در خازن الکترولیتی نیوبیم، آند از فلز نیوبیم (نیوبیم مونوکسید) ساخته شده است. از طریق آندایزاسیون اکسید می شود تا یک لایه عایق از نیوبیم پنتوکسید تشکیل شود. این لایه به عنوان دی الکتریک عمل می کند. الکترولیت مورد استفاده در خازن الکترولیتی نیوبیم جامد است یعنی یا دی اکسید منگنز یا الکترولیت پلیمری. این الکترولیت سطح آند را می پوشاند. الکترولیت به عنوان کاتد عمل می کند. یک لایه گرافیت و نقره در بالای الکترولیت برای تماس الکتریکی پایانه کاتد قرار می گیرد.

2.1.1. ابر خازن ها

این نوع خازنها دارای ظرفیت بسیار زیاد از مرتبه KF کیلو فاراد می‌باشند و در ساخت آن‌ها از فناوری نانو استفاده شده‌است. از این خازنها در کاهش زمان شارژ باتری های اتومبیل‌های برقی استفاده می‌شود (که اصلی‌ترین مشکل خودروهای برقی می‌باشد). در صورتی که در خصوص هر یک از انواع خازن و کاربردهای آن سوالی داشتید می توانید رد بخش نظرات مطرح کنید. کارشناسان ما در سریع ترین زمان ممکن به آنها پاسخ خواهند داد. برای خرید خازن هم میتوانید به فروشگاه دیجی قطعه مراجعه کنید.

خازن های غیر قطبی یا غیر پلاریزه
خازن های غیر قطبی یا غیر پلاریزه از جمله خازن هایی هستند که پایانه های آنها قطبیت ثابتی ندارند. آنها را می توان به هر صورت در یک مدار استفاده کرد. به دلیل پایانه های غیر پلاریزه آن، در مدارهای DC و همچنین مدارهای AC استفاده می شود. آنها ارزان تر از خازن قطبی هستند اما ظرفیت خازنی پایین و محدوده ولتاژ بالایی از چند ولت تا هزاران ولت دارند.

خازن های غیر قطبی به سه نوع طبقه بندی می شوند:

1.2.1. خازن سرامیکی
2.2.1. خازن میکا
3.2.1. خازن فیلم

1.2.1. خازن سرامیکی

خازن های سرامیکی از معمول ترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی‌الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. به این نوع، خازن های عدسی هم گفته می شود؛ که از پوشاندن دو طرف یک دیسک چینی یا سرامیکی با نقره ساخته شده و سپس برای ساخت یک خازن به یکدیگر می چسبند. ثابت دی‌الکتریک خازن سرامیکی بالاست؛ در نتیجه می توان به ظرفیت خازنی نسبتا بالا با اندازه فیزیکی کوچک دست یافت، در نتیجه ولتاژ کار آن‌ها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولاً بین ۵ پیکوفاراد تا ۱/۰ میکروفاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و بسامد کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است. برای خرید خازن سرامیکی یا خازن عدسی به فروشگاه اینترنتی دیجی قطعه مراجعه کنید.

تغییرات غیر خطی بزرگی را در ظرفیت خازنی خود نسبت به دما نشان می‌دهند و به عنوان یک نتیجه به عنوان خازن های جدا شده یا کنارگذر استفاده می شوند، و آنها همچنین قطعات غیر قطبی هستند. خازن های سرامیکی دارای رنج  مقداری از چند پیکوفاراد تا یک یا دو میکرو فاراد (μF) هستند، اما محدوده ولتاژ آنها عموما کاملاً پایین است. برای خرید خازن سرامیکی باید این موضوع را در نظر داشته باشید که ظرفیت این خازنها به دمای محیط وابسته است؛ با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

2.2.1. خازن میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا (گروهی از ورق‌های سیلیکات کانی با داشتن درجه کاملی از رَخ یا کلیواژ) در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی–آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریباً بین ۰/۰۱ تا ۱ میکروفاراد است. برای خرید خازن های میکا و PTFE باید در نظر داشته باشید که از ویژگی‌های اصلی و مهم آن ها داشتن ولتاژ کار بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالاست.

3.2.1. خازن فیلمی

خازن های فیلم که از پلی استیرن، پلی کربنات یا تفلون به عنوان دی الکتریک خود استفاده می کنند، خازن های پلاستیکی نامیده می شوند. ساختار خازن های فیلمی پلاستیکی مشابه با خازن های فیلمی کاغذی است اما از یک فیلم پلاستیکی به جای کاغذ استفاده می کنند. عملکرد مطلوب این خازن ها در مقایسه با انواع کاغذی آغتشه، در شرایط دارای قدرت تحمل کوچکتر، عمر مفید خدمت رسانی بسیار زیاد و قابلیت اطمینان بالا از دلایل خرید خازن های فیلمی (MKT) است.

خازن MKT چیست؟

خازن های  mkt یا خازن نوع فیلم رایج ترین انواع خازن های موجود هستند که از یک خانواده نسبتاً بزرگ خازن تشکیل شده اند و تفاوت آنها در خواص دی الکتریک آنها است. این موارد شامل پلی استر (میلار)، پلی استیرن، پلی پروپیلن، پلی کربنات، کاغذ فلزی شده، تفلون و غیره است. خازن های نوع فیلم در محدوده ظرفیتی به کوچکی 5pF  تا به بزرگی 10pF بسته به نوع واقعی خازن و میزان ولتاژ آن موجود هستند. خازن های فیلم همچنین در مجموعه ای از اشکال و سبک های محفظه هستند که بصورت زیر است:

• پوشاندن و پر کردن (بیضی و گرد)- بطوریکه خازن در یک نوار پلاستیکی سخت پوشانده شده و انتهای آن با اپوکسی جهت آب بندی پر شده است.
• محفظه اپوکسی (مستطیلی و گرد)- بطوریکه خازن در یک پوسته پلاستیکی جاسازی شده و سپس با اپوکسی پر شده است.
• فلز آب بندی شده هرمتیک (مستطیلی و گرد)- بطوریکه خازن در یک لوله فلزی محصور شده و یا می‌تواند به وسیله اپوکسی آب بندی شود.
• تمام سبک های محفظه بالا در دو حالت پایه ای محوری و شعاعی در دسترس هستند.

خازن های فیلم بر اساس نوع فیلم دی الکتریک به انواع مختلفی از خازن ها تقسیم می شوند.

1.3.2.1. خازن کاغذی

دی‌الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی‌الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی‌الکتریک درون کاغذ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی‌الکتریک عایق آن‌ها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.

2.3.2.1. خازن پلی استر

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی‌الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله، در درون قاب پلاستیکی بسته‌بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارهای زیادی به کار می‌روند.

این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت چندانی ندارند، به همین سبب از آن‌ها در مدارهایی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی‌الکتریک‌هایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، به همین دلیل به آن خازن پلی استر گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. بهتر است در خرید خازن های پلی استر توجه داشته باشید ماکزیمم بسامد کار آن ها حدود یک مگاهرتز است.

2. خازن‌ متغیر

به‌طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغییر داد: «فاصله صفحات»، «سطح صفحات» و «نوع دی‌الکتریک». اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی‌الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموماً از نوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود «واریابل» می‌نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن «تریمر» گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.

اگر استفاده از خازن در مدارات تیونینگ رادیویی را دارید، خرید خازن متغیر گزینه مناسبی است؛ به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می‌شود. ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ پیکوفاراد است و به دلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند، در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم، این عمل به کمک مقاومت انجام می‌شود.

خازن های متغیر بر اساس مکانیزم عملکرد خود به دو نوع اصلی تقسیم می شوند:

1.2. کنترل مکانیکی
2.2. کنترل الکتریکی

انواع خازن های کنترل شده مکانیکی بیشتر به دو نوع فرعی تقسیم می شوند:

2.1.1. خازن های تیونینگ
2.1.2. خازن های تریمر

2.1.1. خازن های تیونینگ یا تنظیم

این نوع خازن متغیر برای تنظیم استفاده می شود و معمولاً در مدارهای LC برای تنظیم رادیویی استفاده می شود. ظرفیت آن را می توان با چرخاندن یک دستگیره تغییر داد که روتور را در سراسر استاتور با یک دی الکتریک بین آنها می چرخاند. دی الکتریک مورد استفاده هوا یا میکا است.

2.1.2. خازن تریمر (Trimmer Capacitor)

خازن‌های تریمر، خازن‌های متغیر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن‌ها از حدود ۱ تا ۱۰۰ پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. این خازن‌ها معمولاً دارای ۳ پایه هستند که نوع ۲ پایه عملاً فرقی در مونتاژ ندارد.

در این مطلب تا حدود زیادی با خازن، کاربرد و مشخصات خازن و همچنین انواع آن آشنا شدیم. درصورتی که هر سوالی در این رابطه داشتید، می توانید در قسمت نظرات پرسش خود را مطرح کنید تا کارشناسان مجرب ما در دیجی قطعه پاسخگوی شما عزیزان باشند.