یک مدار الکتریکی از اجزا و المان‌های مختلفی تشکیل شده است که یکی از آن ها خازن است. این المان‌ها با خواص و ساختار‌ها متفاوت خود در مدار نقشی ایفا می‌کنند که منجر به یک فرایند الکتریکی می‌شود. ما می‌توانیم با شناخت، بهره‌گیری و طراحی مدار الکتریکی با این قطعات نیاز خود را مرتفع کنیم. در این مقاله به بررسی یکی از این المان ها میپردازیم. در این مقاله با خازن چیست و انواع خازن آشنا میشویم.
خازن چیست؟
تقریباً هیچ مداری وجود ندارد که خازن روی آن نباشد و همراه با مقاومت ها و سلف ها، اجزای غیرفعال اصلی هستند که ما در الکترونیک استفاده می کنیم. که لازم است برای مونتاژ قطعات الکترونیکی بر روی برد الکترونیکی با این مفهوم به طور کامل آشنا شوید.
ساختار خازن
خازن قطعه‌ای است که می تواند انرژی را به شکل بار الکتریکی ذخیره کند. در مقایسه با یک باتری هم اندازه، یک خازن می تواند انرژی بسیار کمتری را ذخیره کند، حدود 10000 برابر کوچکتر، اما برای بسیاری از طراحی مدارها به اندازه کافی مفید است. یک خازن از دو صفحه فلزی ساخته شده است که توسط یک ماده عایق به نام دی الکتریک از هم جدا شده اند.
صفحات رسانا هستند و معمولاً از آلومینیوم، تانتالیوم یا فلزات دیگر ساخته می شوند، در حالی که دی الکتریک را می توان از هر نوع ماده عایق مانند کاغذ، شیشه، سرامیک یا هر چیزی که مانع جریان جریان می شود ساخته شود.
توانایی خازن برای ذخیره بارها به عنوان ظرفیت شناخته می شود. ظرفیت خازن که بر حسب فاراد اندازه گیری می شود، با مساحت سطح دو صفحه و همچنین گذردهی ε دی الکتریک نسبت مستقیم دارد، در حالی که فاصله کمتر بین صفحات، ظرفیت خازنی بیشتر است. همانطور که گفته شد، اکنون بیایید نگاهی بیندازیم که یک خازن چگونه کار می کند.
برای نمایش، اجازه دهید اساسی ترین ساختار خازن را در نظر بگیریم - خازن صفحه موازی. این شامل دو صفحه موازی است که توسط یک دی الکتریک از هم جدا شده اند. هنگامی که یک منبع ولتاژ DC را از طریق خازن وصل می کنیم، یک صفحه به انتهای مثبت (صفحه I) و دیگری به انتهای منفی (صفحه II) متصل می شود.
هنگامی که پتانسیل باتری در سراسر خازن اعمال می شود، صفحه I نسبت به صفحه II مثبت می شود. جریان سعی می کند از طریق خازن در حالت پایدار از صفحه مثبت به صفحه منفی آن عبور کند. اما به دلیل جدا شدن صفحات با یک ماده عایق نمی تواند جریان یابد.
یک میدان الکتریکی در سراسر خازن ظاهر می شود. صفحه مثبت (صفحه I) بارهای مثبت را از باتری جمع می کند و صفحه منفی (صفحه II) بارهای منفی را از باتری جمع می کند. پس از یک نقطه، خازن حداکثر مقدار شارژ را بر اساس ظرفیت خود نسبت به این ولتاژ نگه می دارد. این بازه زمانی را زمان شارژ خازن می گویند.
هنگامی که باتری از خازن خارج می شود، دو صفحه بار منفی و مثبت را برای مدت معینی نگه می دارند. بنابراین، خازن به عنوان منبع انرژی الکتریکی عمل می کند. اگر این صفحات به یک بار متصل شوند، جریان از صفحه I به صفحه II به بار می رسد تا زمانی که تمام بارها از هر دو صفحه تخلیه شود. این بازه زمانی به عنوان زمان تخلیه خازن شناخته می شود.
انواع کاربرد خازن در مدار الکترونیکی
به صورت کلی خازن را می‌توان به صورت یک امپدانس الکتریکی در نظر گرفت که در برابر تغییرات ناگهانی جریان مقاومت می‌کند. این قطعه در مدارهای مختلف با کارکرد‌های مختلفی استفاده می‌شود. برخی از این نقش‌ها عبارتند از:
ذخیره‌سازی انرژی: خازن‌ها قادرند الکتریسیته را در خود ذخیره کنند و انرژی را در فاصله‌های زمانی کوتاه آزاد کنند.
تنظیم فیلتر: خازن‌ها در فیلترها و مدارهای فیلترسازی برای تنظیم و پاسخ به فرکانس‌های مختلف استفاده می‌شوند. در این مورد از خاصیتامپدانسی خازن استفاده می‌شود.
پیشرفت و تاخیر سیگنال: در برخی از مدارها، خازن‌ها برای ایجاد تأخیر در سیگنال‌های الکتریکی یا تعیین زمانی خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند. خازن‌ها به دلیل رفتار ذخیره‌سازی انرژی و امپدانسی خود می‌توانند به سیگنال دریافتی تاخیر زمانی بدهند.
تثبیت ولتاژ: خازن‌ها به عنوان منابع ولتاژ ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرند تا نوسانات ولتاژ را کاهش دهند و ولتاژ را استوارتر کنند.
حذف نویز: خازن‌ها به عنوان قطعات حساس به فرکانس می‌توانند نویزهای الکتریکی را از سیگنال حذف کنند.
توازن جریان: در مدارهای توازن جریان، خازن‌ها برای توزیع جریان بین مدارها مورد استفاده قرار می‌گیرند.
انواع خازن:
خازن‌های الکترولیتی:
خازن‌های الکترولیتی دارای پلاریته و جهت مثبت و منفی هستند. این خازن‌ها تغذیه شده با الکترولیت و معمولاً دارای ولتاژ بالاتری هستند. دارای ظرفیت ذخیره بالا و اندازه کوچکتر هستند. این خازن‌ها بیشتر در بخش تغذیه قرار می‌گیرند.
خازن‌های سرامیکی:
از مواد سرامیکی برای لایه‌های عایق استفاده می‌کنند.اندازه کوچک، عمر طولانی و پایداری در فرکانس‌های بالا دارند. برای گار‌های فیلترینگ و تثیبت ولتآژ بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند.
خازن‌های فلزی:
شامل دو لایه فلزی جداگانه با عایق میانی هستند.برای برخی کاربردها از جمله فیلترها استفاده می‌شوند.
خازن‌های پلیمری:
از مواد پلیمری به عنوان عایق استفاده می‌کنند. برخی از این خازن‌ها خصوصیات بالایی در زمینه پایداری دمایی و طول عمر دارند.
خازن‌های ترمزی
خازن‌هایی هستند که مقدار ظرفیت آنها با تغییر ولتاژ ترمینال‌هایشان تغییر می‌کند.در ارتباط با افزایش فرکانس و کنترل فرکانس مورد استفاده قرار می‌گیرند.
جمع‌بندی
در این مقاله آموختیم یکی از اصلی‌ترین قطعات الکترونیکی یعنی خازن چیست و دارای چه ساختاری است. موارد استفاده آن کجاست و انواع خازن موجود چیستند. شما همچنین برای آشنایی بیشتر با قطعات میتوانید مقاله نوشته شده در رابطه با حسگر چیست را در همین سایت مطالعه کنید. باید به خاطر بسپاریم که انتخاب نوع خازن و کاربرد آن بسته به پروژه و مداری الکترونیکی دارد که می‌خواهیم آن را طراحی کنیم.
