خازن ها- بخش سوم

خازن- بخش سوم-معرفی انواع خازن ها

سلام. در این قسمت میخوایم بحث خازن ها رو ادامه بدیم. قبلا دو جلسه ازاین سری آموزش  منتشر کرده بودیم که پیشنهاد میکنم حتما اون رو از لینک های زیر بخونید:

جلسه اول   جلسه دوم

در این قسمت میخوایم ابتدا وارد بحث انواع خازنها بشیم بعد هر کدوم از اون ها رو بررسی کنیم:

انواع خازنها

خازنهای مختلفی در دنیای واقعی وجود داره که هر کدوم مزایا و معایب خاص خودش رو داره که باعث میشه یکی از دیگری بهتر بشه و برای کارهای خاصی عملکرد مناسب تری رو داشته باشن. توی دسته بندی خازنها ما یه سری عوامل انگشت شمار رو در نظر گرفتیم که در زیر به این عوامل اشاره میکنیم:

1-اندازه: هم از نظر حجم فیزیکی و هم از نظر ظرفیت. زیاد معمول نیست که خازن بزرگترین قطعه توی یه مدار باشه. اونا میتونن خیلی کوچک باشن. البته بعضی ظرفیت ها باید نیازمند یه اندازه ی بزرگتر هم هستن.

2ماکزیمم ولتاژ: خازنها هر کدوم یه ولتاژ ماکزیمم دارن که نباید توی مدار ولتاژی که بهشون وصل میشه از اون حد تجاوز کنه. بعضی از خازنها ولتاژشون 1.5 ولت هست، بعضی هاشون اما مثلا 100 ولت. ولتاژ بیش از حد معمولا باعث آسیب رسیدن به خازنها میشه.

3-جریان نشتی: خازنها ایده آل نیستند. از طریق دی الکتریک یه مقدار جریان از یه ترمینالش به ترمینال دیگه اش عبور میکنه که به اون میگن جریان نشتی یا به اصطلاح انگلیسیش Leakage Current. البته این مقدار معمولا در حد نانو آمپر یا کمتر هست. همین جریان باعث میشه که انرژی توی خازن کند ذخیره بشه اما همین جریان هم باز باعث خازن دیرتر تخلیه بشه.

4-ESR یا Equivalent series resistance : ترمینال خازنها 100 درصد رسانا نیستند و یه مقداری هم مقاومت از خودشون نشون میدن. این مقدار زیاد نیست و چیزی در حدود 0.01 اهم برای هر ترمینال است. این مقدار مقاومت  برای جریان های زیاد باعث تولید گرما و تلف شدن انرژی میشه.

5-Tolerance(خطا)- خازنها دقیق ساخته نمیشن. ظرفیت هر خازن با مقداری که توی عمل ساخته میشه ممکنه یه ذره تفاوت کنه. مقدار این تفاوت هم وابسته است به نوع خازن و معمولا از 1 درصد تا 20 درصد کمتر و بیشتر تغییر میکنه.

خازنهای سرامیکی:

این نوع خازن یکی از پرکاربردترین نوع خازنها است که استفاده ی زیادی ازش میشه. نام اون هم از ماده ی دی الکتریکی که توی اون استفاده میشه گرفته شده.

خازنهای سرامیکی معمولا و اندازه و ظرفیتشون کوچک هست. خیلی سخت میتونید خازن سرامیکی با ظرفیتی بیشتر از 10 میکروفاراد پیدا کنید. خازنهای سرامیکی با نصب سطحی معمولا در اندازه های خیلی کوچیک مثل 0.4mm x 0.2mm)  0402) یا 0603 (0.6mm x 0.3mm) و یا 0805 وجود دارند. خازنهایی هم که از طریق سوراخ نصب میشن معمولا اندازه شون کوچیکه و در رنگ های زرد یا قرمز وجود دارن. عکس زیر رو نمونه ای یه خازن سرامیکی هست.

خازن سرامیکی

 

در مقایسه با سایر خازنهای الکترولیتی مشابه ،  خازنهای سرامیکی ایده آل تر هستند(یعنی مقدار ESR و جریان نشتی اون ها یه بقیه کمتره) اما ظرفیت پایین اونا میتونه محدود کننده باشه برای ما.این نوع خازنها همچنین بسیار مناسب برای مدارات فرکانس بالا coupling و decoupling هستند.

خازن های آلمینیومی و تانتالیومی الکترولیتی:

این خازنها ، خازنهای بسیار خوبی هستند. ظرفیت بالای این خازنها میتونه توی یه پک کوچیک قرار داده بشه و نیازی نیست برای خازنی با ظرفیت بالا حجم زیادی هم اشغال بشه. اگه شما به یه خازن توی رنج 1 میکروفاراد تا 1 میلی فاراد نیاز دارید میتونید از خازنهای الکترولیتی استفاده کنید. این خازنها برای مدارات ولتاژ بالا کاربردهای زیادی دارند چون ولتاژ ماکزیمم اونا بالا هست.

خازنهای الکترولیتی آلمینیومی معروف ترین خازنها توی دسته خازن های الکترولیتی هستند.اون مثل قوطی های حلبی کوچیک هستند. شکل زیر نمونه ای این نوع خازن ها هست:

خازن های الکترولیتی

متاسفانه خازنهای الکترولیتی دارای پولاریزه هستند. به پایه مثبت اونا میگن پایه آند و به پایه منفی اونا میگن پایه کاتد. موقعی ولتاژ به یه خازن الکترولیتی اعمال میشه پایه آند باید ولتاژش از پایه کاتد ببیشتر باشه. پایه کاتد توی این خازنها به صورت یه نوار رنگی روی خازن و با علامت “-” مشخص میشه. پایه آند همچنین ممکنه یه مقدار از پایه کاتد بزرگتر باشه.اگه  به این خازن ولتاژ برعکسی اعمال بشه ممکنه اتفاق های بدی بیفته مقلا بترکه و سرش باز بشه و از این دست مشکلات و درنهایت باعث میشه مدارتون اتصال کوتاه بشه.

این خازنها همچنین جریان نشتی هم دارن.جریان هایی در حدود 1 نانو آمپر که از یه ترمینال به ترمینال دیگه اش منتقل میشه. این باعث میشه که خازنهای الکترولیتی زیاد برای ذخیره انرژی ایده آل نباشن.

ابرخازنها:

اگه شما دنبال یه خازن میگردید که باهاش انرژی رو ذخیره کنید احتمالا بهترین گزینه برای شما ابرخازنها هستند.رنج ابرخازن ها در حد فاراد هست. کلا این نوع خازنها برای ظرفیت های بالا طراحی شدن.نمونه ای از یک ابرخازن در شکل زیر اورده شده:

نمونه ای از یک ابرخازن

نکته ای که در مورد این خازنها وجود داره اینه که اگر چه ظرفیت بالایی دارن و ماکزیمم ولتاژشون از یه حدی بالاتر نمیره. مثلا یه خازن با ظرفیت 10 فاراد نهایتا ماکزیمم ولتاژش 2.5 ولت هست و اگه بهش ولتاژی بالاتر اعمال کنیم باعث سوختنش میشه. از این خازنها بیشتر در مدارهای سری استفاده میشه تا برسن به یه نرخ ولتاژ بالاتر.(در حالی که ظرفیتشون کاهش پیدا میکنه)

کاربرد اصلی ابرخازنها مربوط به ذخیره سازی و آزاد کردن انرژی هست مثل باتری ها. البته ابرخازنها نمیتونن به اندازه باتری ها شارژ ذخیره کنن ضمن این که سرعت خالی شدنشون هم خیلی بیشتر از باتری هاست و البته طول عمر بیشتری هم نسبت به باتری ها دارن.

خازنهای دیگر:

خازنهای الکترولیتی و سرامیکی حدود 80 درصد خازن هایی که در بیرون وجود داره رو تشکیل دادن. سهم ابرخازن ها هم چیزی حدود 2 درصد هست. نوع دیگه ای از خازن ها ، بهشون میگن خازن فیلم و یا Film capacitor که مشخصه اصلی این خازن ها اینه که مقدار ESR اونا خیلی کوچیکه و باعث میشه که برای جریان های خیلی بالا مناسب باشن.

البته یه سری خازنهای کم کاربرد دیگه ای هم وجود دارن. مثلا خازن های متغیر که میتونن رنج های مختلفی رو تولید کنن که جایگزین بسیاری خوبی برای مقاومت های متغیر در مدارات تنظیم هستن. سیم های پیچ خودرده و PCB ها هم میتونن ناخواسته نقش یه خازن رو ایفا کنن چون دو تا رسانا در کنار هم قرار گرفتن و به وسیله ی یه عایق از هم جدا شدن. درنهایت هم میتونیم از خازن های شار(ترکیبی عجیب غریب از یه سلف و خازن) نام ببریم.

خوب دوستان.این جلسه هم به پایان رسید. بحث خازن ها هنوز یه جلسه دیگه داره که احتمالا جلسه آخرش باشه   و اون هم مربوط میشه به کاربرد خازن ها. اگه دوس دارید بدونید که این جلسه کی منتشر میشه میتونید ما رو توی تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید:

 

 

 

 

 

 

 

 

خازن چیست؟یک بار برای همیشه…{بخش اول}

دوستان سلام.در ادامه سلسله جلسات الکترونیک به زبان ساده این بار میخوایم بریم سر خازنها و ببینم که چی هست و به چه دردی میخوره.

 

معرفی خازن:

خازنها مثل قطعاتی چون مقاومت و سلف دارای دو تا پایه هستن.توی اکثر مدارات از این المان استفاده میشه و بسیار پر کاربرد هست.ویژگی اصلی اون ها هم در ذخیره کردن انرژی هست.کاربرد اصلی اونا هم برمیگرده به فیلتر ها ، ذخیر سازی انرژی  و … هست.

شماتیک خازن ها در مدارات الکترونیکی:

قبلا یه جلسه کامل در مورد نمادها نوشته بودیم که بد نیست بهش یه سر بزنید.(لینک جلسه)

خازنها رو در مدارات الکترونیکی اصولا به دو نوع نمایش میدن.شکل زیر رو ببنیید:

symbol-capacitor

توی نوع اول باید دو تا خط موازی که کاملا صاف باشند.این نوع یعنی خازن هیچ پلاریزه ای نداره یا به عبارت دیگه مثبت یا منفی بودن پایه هاش مهم نیست.

در نوع دوم اما این دو خط موازی نباید دو تاشون کاملا صاف باشن و یکیشون صاف هست و اون یکی یه خورده حالت منحنی شکل داره(شکل بالا رو یه بار دیگه بببینید)در این مواقع یه علامت + کنار یکی از پایه ها نمایش داده میشه که نشون میده اون پایه مربوط به پایه مثبت خازن هست و طبیعتا اون یکی پایه هم منفی هست.
(توی بخش انواع خازنها اون رو به طور کامل بررسی میکنیم).پس این نوع خازنها نحوه قرار گرفتنش در مدار مهمه و اگه جابه جا بزنید ممکنه خازنتون بترکه..

واحد خازن:

خازنها رو به وسیله واحد فاراد میسنجن که با علامت F نشون داهد میشه.البته ذکر این نکته خالی از لطف نیست که واحد فاراد یه واحد خیلی بزرگ برای خازنها است.به طوری که حتی یه میلی فاراد هم یه خازن خیلی بزرگه.رنج معمول خازنها بین پیکوفاراد(1210) تا میکروفاراد(610) هست.بنابراین وقتی ما از یه خازنهایی با مقادیر کیلو فاراد حرف میزنیم داریم از یه خازنهای خاصی استفاده میکنیم که بهشون سوپر خازنها گفته میشه.

نکته مهم
ظرفیت یک خازن نشان دهنده مقدار انرژی است که توی اون خازن ذخیره میشه.هر چی ظرفیت بالاتر باشه نشون میده که خازن انرژی بیشتری رو ذخیره میکنه و طبیعتا هم بزرگتر هست

چطور یه خازن ساخته میشه؟

شما اگه دو تا صفحه فلزی رو بذارید کنار هم و یه ماده ای هم که بهش میگن دی الکتریکی بذارید بین این دو تا صفحه ،یه خازن ساختید.این دی الکتریکی میتونه هر چیزی باشه مثل سرامیک ، شیشه ، کاغذ و یا حتی آب!!!فقط حواستون باشه که این دو تا صفحه باید خیلی به هم نزدیک باشن ولی به هم اتصال نداشته باشن.شکل زیر به طور ساده یه خازن رو نمایش میده:
create_capacitor

صفحه فلزی هم باید یه ماده رسانا باشه مثل آلمینیوم ، نقره ، تانتالیوم یا هر فلز دیگه ای.این دو تا فلز هم وصل میشن به دو تا ترمینال که با این دو تا ترمینال خازن در مدار قرار میگیره.

ظرفیت یه خازن به مشخصات فیزیکی اون بستگی داره.مثلا هر چه سطح هم پوشانی اون دو تا فلز بالاتر باشه ظرفیت بالاتره ، هر چه فاصله اون دو تا فلز کمتر باشه ظرفیت بالاتره ،ضمن این که جنس دی الکتریکی که بین دو تا فلز قرار میگیره هم خیلی مهمه توی ظرفیت خازن.

جملات بالا شاید شما رو یه خورده یاد فیزیک دبیرستان بندازه.همون رابطه معروف خازن:

formule-capacitor

توی رابطه ی بالا به ε میگن “ظریب گذردهی نسبی”(البته من هنوز نفهمیدم چرا این اسم رو روش گذاشتن از دوستان اگه کسی میدونه کامنت کنه) که بر اساس نوع دی الکتریک این مقدار بدست میاد.A مقدار سطح هم پوشانی اون دو تا فلز هست و در نهایت d هم که فاصله بین اون دو تا فلز هست.

این جلسه رو همینجا به پایان میبریم.بحث خازنها بسیار کامل خواهد بود.ایشالا جلسه آینده چند روز دیگه بر روی سایت قرار خواهد گرفت.در ضمن دوستان اگه میخواید بدونید که این مطلب کی جلسه بعدیش منتشر میشه و همچنین از مطالب دیگه سایت خبردار بشید میتونید ما رو توی تلگرام و یا اینستاگرام دنبال کنید: