خازن

مطالب كاملي در مورد خازن در ادامه مطلب ...

خازن

خازن الماني است که انرژي الکنريکي را در خود ذخيره مي کند و ساختمان آن از دو قسمت تشکيل شده است.

الف)صفحات هادي: که به آن جوشن نيز مي گويند. معمولا از ورقه هاي نازک از جنس آلومينيوم، روي يا نقره ساخته مي شوند.

ب)عايق بين صفحات هادي: که به آن دي الکتريک نيز گفته مي شود.معمولا خازن ها از نظر نوع دي الکتريک به کار رفته در ساختمان آنها نام گذاري و تقسيم بندي مي شوند.

شکل زير انواع قرار گرفتن صفحات هادي مقابل يکديگر و شکل خازن را نشان مي دهد.

مشخصات خازن:

• ظرفيت خازن
• ولتاژ کار ماکزيمم
• ضريب حرارتي خازن
• حداکثر فرکانس کار
• ضريب تلفات خازن

ظرفيت خازن:نسبت بار الکتريکي ذخيره شده در خازن به ولتاژ آن را ظرفيت خازن مي نامند و رابطه   بيانگر آن است که مقدار ظرفيت خازن فقط به مشخصات فيزيکي از قبيل اندازه و فاصله صفحات و جنس دي الکتريک وابسته بوده و بر حسب فاراد(F) بيان مي شود.

ولتاژ کار ماکزيمم: اين ولتاژ که معمولا روي بدنه خازن به همراه ظرفيت خازن نوشته مي شود، ولتاژي است که به دو سر خازن اعمال مي شود بدون اينکه دي الکتريک ميان صفحات يونيزه شود و بطوري که خازن بتواند در شرايط عادي کار کند که مقدار آن به فاصله صفحات و جنس دي الکتريک وابسته است.

از طرفي به مقدار ولتاژ ماکزيمم که به ضخامت دي ا لکتريک و جنس آن بستگي دارد استحکام دي الکتريک نيز گفته مي شود.

معمولا استحکام دي الکتريک را بر حسب ولت بر ميکرومتر بيان مي کنند. جدول زير ضريب ثابت دي الکتريک و استحکام چند عايق دي الکتريک مشخص شده است.

 ضريب حرارتي:وابستگي ظرفيت خازن به حرارت را ضريب حرارتي خازن مي گويند.

حداکثر فرکانس کار:از آنجا که خازن در مدارهاي متناوب از خود مقاومت ظاهري نشان مي دهد(که آن را با xc  معرفي مي کنند) اين مقاومت ظاهري با فرکانس را بطه عکس دارد. 

 در نتيجه تا جايي که با افزايش فرکانس اين امپدانس روند کاهشي داشته باشد خازن درست کار مي کند ولي از يک فرکانس مشخص به بالا تغيير خاصيت مي دهد،به اين حد فرکانسي، حداکثر فرکانس کار خازن مي گويند.

ضريب تلفات خازن:ضريب تلفات خازن به صورت رابطه زير تعريف مي شود 

R مقاومت اهمی صفحات خازن، C ظرفیت آن و f فرکانس منبع است.            

انواع خازن ها

• خازن ثابت

بدون قطبيت 

داراي قطبيت(الکتروليتي)  

خازن متغيير

خازن هاي بدون قطبيت:اين خازن ها در انواع مختلف

خازن هاي کاغذي

خازن هاي سراميکي

خازن هاي عدسي

خازن تانتاليومي

خازن ميکا

خازن روغني

وغيره مي باشد.

خازن هاي کاغذي: دي الکتريک اين نوع خازن ها از يک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکيل شده است که يک دي الکتريک مناسب درون آ ن تزريق مي شود. جوشن هاي اين نوع خازن نيز معمولا از جنس آلومينيوم است.اين خازن ها داراي ابعاد فيزيکي بزرگي بوده و غالبا داراي ولتاژ کار بالايي مي باشند.

خازن هاي سراميکي:اين نوع خازن ها معمولا داراي روکش سراميکي مي باشند و در ولتاژهاي بالا کار مي کنند و همچنين در مدار هاي با فرکانس زياد از اين نوع خازن ها استفاده مي نمايند.ظرفيت اين خازن ها معمولا بين 100PF تا 0.1uF مي باشند.

شکل زير نمونه هايي از خازن هاي بدون قطبيت را نشان مي دهد.

خازن هاي داراي قطبيت(الکتروليتي): در ميان خازن ها بيشترين ظرفيت را خازن هاي الکتروليتي دارند.ظرفيت زياد اين خازن ها، ناشي از به کار بردن يک لايه دي الکتريک نازک به ضخامت تقريبي يک نانومتر است.چنين لايه اي عملا به وسيله اکسيداسيون آندي يک فلز مناسب تهيه شده و ميان صفحات خازن قرار مي گيرد و به خاطر همين ضخامت کم لايه دي الکتريک و نزديک شدن صفحات خازن به يکديگر، داراي ولتاژ کار کمي مي باشد.

خازن هاي الکتروليتي اکثرا قطبي بوده و داراي کاتد و آند هستند بنابراين هنگام استفاده از آن، پايه هاي خازن اشتباه وصل نشود. در غير اين صورت واکنش هاي الکتروشيميايي درون خازن اتفاق مي افتد که باعث معيوب شدن مي گردد.

شکل زير نمونه هايي از خازن دي الکتريک را نشان مي دهد.

خازن هاي الکتروليتي با توجه به مواد دي الکتريک در انواع مختلف ساخته مي شوند که هر کدام با توجه به مواد به کار برده شده در آنها داراي مشخصات خاصي هستند.

خازن هاي متغير: با تغير سه عامل مي توان ظرفيت خازن را تغير داد.

فاصله صفحات

سطح مقطع صفحات

نوع دي الکتريک

رايج ترين روش ساخت خازن هاي متغير، تغير سطح مقطع صفحات است.شکل زير يک نمونه خازن متغير را نشان مي دهد که شامل يک دسته صفحه ثابت و متحرک مي باشدکه تمام صفحات متغير به محور چرخان متصل مي باشد و با چرخاندن محور مي توان صفحات متحرک را درون صفحات ثابت قرار داد و بدين ترتيب سطح موثر صفحات خازن و ظرفيت آن را افزايش داد. ماکزيمم چرخش محور در خازن هاي متغير 180 درجه است.

روش ديگري که جهت ساخت خازن متغير از آن استفاده مي شود و بيشتر در سنسورهاي خيلي حساس کاربرد دارد روش تغير دي الکتريک است.به عنوان مثال در سنسور هاي حساس به گاز شيميايي و يا دود حاصل از آتش سوزي که باعث تغير ظرفيت خازن شده و فرمان به صدا در آمدن آژير خطر و يا فرمان عملياتي را به سيستم ها مي دهند.

نحوه خواندن مقدار ظرفيت خازن:

امروزه سازندگان مختلف، روي خازن هاي ساخته شده ظرفيت آنرا مي نويسند و فقط روي بعضي از خازن ها مثل خازن عدسي، به جاي نوشتن مستقيم ظرفيت يک عدد سه رقمي را ذکر مي کنند. که اگر دو رقم اول را در کنار هم بنويسيم و به مقدار عدد سوم (عدد سمت راست) در جلوي آن ، صفر قرار دهيم، عدد بدست آمده ظرفيت خازن بر حسب پيکو فاراد(PF) مي باشد . به عنوان مثال اگر بر روي خازني عدد 473 نوشته شده باشد ظرفيت آن برابر است با C=47000PF يعني ظرفيت اين خازن 0.047uF است.

و چنانچه بر روي بعضي از خازن ها نوار هاي رنگي کشيده شده باشد مي توانيم از روش خواندن مقاومت هاي رنگي استفاده نماييم ولي عدد حاصل بر حسب پيکو فاراد خوانده مي شود.(که اين روش جهت کدگذاري خازن ها ديگر رايج نيست) 

در برد گوشی ها خازن های الکترولیت به شکل مستطیل که یک طرف آن نوار دارد و عموما به رنگ های قرمز ، زرد ، نارنجی و یا مشکی دیده می شوند .

و خازن های غیر الکترولیت به شکل مستطیل های کوچک به رنگ های قهوه ای ، خاکستری روشن ، کرم تیره دیده می شوند .

خازن غیر الکترولیت روی برد

نکته قابل توجه و فرق خازن های الکترولیت در الکترونیک عمومی و بردهای گوشی ها در پایه های مثبت منفی آن است .
در الکترونیک عمومی پایه ای که نوار روی آن قرار دارد پایه منفی است اما در گوشی ها پایه مثبت این خازن ها دارای نوار است .

تمام خازن ها در نقشه های الکترونیکی با حرف C که مخفف Capacitor یا Capacitance می باشد نشان داده می شوند و ظرفیت آن ها فاراد ( F ) است و بصورت اعداد وحروف زیر نویس می باشند . یعنی :

چهل و ششمین خازن از بخش سوم دارای ظرفیت 100 پیکوفاراد یعنی 0.000000000100 فاراد است .

نانو فاراد 100 -پیکوفاراد - 2.3 پیکوفاراد
نحوه خواندن ظرفیت خازن های سرامیکی و عدسی :

(ضریب خطا , J:تعداد صفر, 3:رقم اول و دوم 22: ,خوانده نمی شود: 2A223J (2A

*دقت شود عددی که خوانده می شود بر حسب پیکوفاراد ( PF ) است .

403_40x1000pf

در مورد خازن های عدسی می تواند این عدد فقط دو رقم باشد ، به شکل روبرو:

که این دو عدد ظرفیت خازن است بر حسب پیکوفاراد . یعنی 47 پیکوفاراد . در مورد خازن های الکترولیت روی آن ها ظرفیت قطعه نوشته می شود و علاوه بر آن میزان مجاز ولتاژی که قطعه می تواند تحمل کند نیز ثبت می گردد .
 

تست خازن

براي آزمايش خازن جهت سالم يا معيوب بودن آن ابتدا بايد اتصالات آن را باز نموده تا دو سر خازن آزاد شود.سپس آن را دشارژ(تخليه) نموده و به يکي از روش هاي زير عمل شود. که روش دوم و سوم براي خازن هاي صنعتي مورد استفاده قرار مي گيرد.

روش اول:آوومتر را روي قسمت اهم متر رنج(X1) يا (R*1) قرار گيرد و سيم هاي رابط آن به دو سر خازن متصل گردد. حالت هايي که اتفاق مي افتد عبارتند از:

الف)عقربه اهم متر ابتدا سريع تا آخر صفحه مدرج(سمت راست صفحه) انحراف يافته سپس آهسته به سمت چپ صفحه مدرج برمي گردد.در اين حالت خازن شارژ و دشارژ شده، نتيجتا سالم است.

ب)اگر عقربه پس از انحراف سريع به سمت چپ صفحه مدرج برنگردد و در همان سمت راست صفحه مدرج بايستد خازن از داخل اتصال کوتاه شده لذا بايد تعويض گردد.

ج)اگر عقربه هيچگونه حرکتي نداشته باشد خازن از داخل قطع بوده لذا بايد تعويض گردد.

روش دوم:دو سر خازن را چند بار به مدت خيلي کم به ولتاژ 220 شهر وصل نموده سپس آن را از برق جدا نموده دو سر آن را  توسط يک پيچ گوشتي اتصال کوتاه نماييد لذا حالت هاي زير اتفاق مي افتد:

الف)جرقه ناشي از اتصال، کم و رنگ آن سرخ است نتيجتا خازن خراب است.

ب)جرقه ناشي از اتصال، شديد و رنگ آبي دارد که دليل سالم بودن خازن است.

روش سوم: دو سر خازن را چند بار و هر بار به مدت زمان خيلي کوتاه به ولتاژ برق شهر وصل نموده و سپس آن را از برق جدا و به دو سر آوومتر وصل کنيد. البته بايد آوومتر روي رنج ولتاژ مستقيم 1000 ولت باشد.اگر بار قابل ملاحظه ايي روي جوشن هاي خازن ذخيره شده باشد ولتاژ اندازه گيري شده بالا و خازن سالم است.

از آنجاييکه ولتاژ موثر برق شهر 220 ولت است حداکثر ولتاژي که روي خازن اعمال مي شود برابر است با : اگر خازن خراب باشد، بار ذخيره شده روي جوشن هاي خازن خيلي کم و در نتيجه ولتاژ پايين است.