خازن یکی از قطعه‌های الکترونیکی بسیار مهم است که در بسیاری از مدارات الکتریکی مورد استفاده قرار می‌گیرد. این قطعه برای ذخیره انرژی الکتریکی یا همان ولتاژ به کار برده می‌شود. بار الکتریکی ذخیره شده در خازن برای ایجاد میدان الکتریکی یکنواخت و پایدار استفاده می‌شود. خازن کاربرد‌های دیگری نیز دارد که در ادامه به معرفی آن‌ها می‌پردازیم.
معرفی خازن و ساختار داخلی آن
همان‌طور که گفته شد خازن قطعه‌ای است که ولتاژ را درون خود ذخیره می‌کند. اما این کار چگونه انجام می‌شود؟ درون خازن میدانی به نام میدان الکترواستاتیکی وجود دارد که برای ذخیره انرژی استفاده می‌شود. این قطعه در اصلاح غیرفعال است و هنگامی که ولتاژ الکتریکی به آن متصل می‌شود، بار الکتریکی در آن ذخیره می‌شود.
یکی از مهم‌ترین موضوعات در زمینه خازن‌ها، ظرفیت خازن است. در واقع هر خازن تنها می‌تواند مقدار مشخصی انرژی را ذخیره کند. خازن را در مدار با حرف C نشان می‌دهند.
عوامل مختلفی مانند مساحت صفحه خازن، فاصله خازن‌ها از یکدیگر و جنس صفحات خازن بر روی میزان ظرفیت خازن تأثیر دارند. واحد محاسبه ظرفیت خازن فاراد است. اما از آنجایی که فاراد مقدار بسیار بزرگی است، برای بیان ظرفیت خازن‌ها معمولاً از پیکوفاراد، نانوفاراد یا میکروفاراد استفاده می‌شود.
جهت آشنایی با محصولات اتوماسیون صنعتی زیمنس کلیک کنید.
ساختمان خازن به این صورت است که از دو ورق فلزی ایجاد شده که به صورت موازی کنار یکدیگر قرار گرفته‌اند. اگر این دو ورق به یکدیگر اتصال داشته باشند، قطعه همانند سیم معمولی عمل می‌کند.
بین این صفحه را با ماده دی الکتریک پر می‌کنند. معمولاً صفحات از جنس فلز‌هایی مانند روی، نقره و آلومینیوم هستند و دی الکتریک میان آن‌ها هوا، کاغذ، سرامیک، میکا، پلاستیک و … است. در واقع دی الکتریکی باعث افزایش ظرفیت خازن می‌شود.
ولتاژ خازن چیست؟
ولتاژ خازن به میزان ولتاژی گفته می‌شود که در یک خازن ذخیره می‌شود. در واقع هر خازن تا میزان مشخصی ولتاژ ذخیره می‌کند. ولتاژ خازن بر روی آن نوشته شده است. اگر خازنی میزان ولتاژ مشخص نداشته باشد، ولتاژ آن 50v است.
توجه داشته باشید به هیچ عنوان نباید ولتاژ زیاد و بیشتر از حد استاندارد به خازن وارد شود. در این حالت دی الکتریک به اصطلاح پلاریزده شده و عایق آن از بین می‌رود. سپس خازن جرقه شده و به طور کامل می‌سوزد.
انواع خازن کدامند؟
خازن‌ها با توجه به جنس صفحات، ماده دی الکتریک و همچنین ظرفیت دارای انواع مختلفی هستند. معمولاً نامگذاری خازن‌ها با توجه به ماده دی الکتریک انجام می‌شود. به همین دلیل انواع مختلف خازن‌ها با نام‌های خازن سرامیکی، خازن عدسی، خازن الکترولیتی و … وجود دارند. در ادامه به معرفی این خازن‌ها می‌پردازیم.
خازن سرامیکی
یکی از خازن‌های بسیار کاربردی که مخصوصا در ساخت دستگاه‌ها و لوازم صوتی مورد استفاده قرار می‌گیرد، خازن سرامیکی است. از این خازن معمولاً در مدارات با میزان فرکانس بالا استفاده می‌شود. این نوع خازن در دسته خازن‌های خشک یا همان بدون قطب قرار می‌گیرد. صفحات دی الکتریکی این نوع خازن از جنس سرامیکی هستند که میزان ثابت بسیار بالایی دارند.
هنگام ساخت این نوع خازن با توجه به ضخامت دی الکتریک، میزان ضخامت خازن نیز تغییر می‌کند.
خازن‌های سرامیکی در ابعاد کوچک نیز ظرفیتی به اندازه میکرو فاراد ایجاد می‌کنند. علاوه بر آن دارای ولتاژ بسیار بالایی هستند.
از مزیت‌های این نوع خازن قیمت بسیار پایین آن است. علاوه بر آن نحوه استفاده و نصب خازن در مدار بسیار ساده و راحت انجام می‌شود.
جهت آشنایی با محصولات اشنایدر کلیک کنید.
خازن الکترولیتی
خازن الکترولیتی نوع دیگری از خازن است که به آن خازن شیمیایی نیز گفته می‌شود. یکی از کاربردی‌ترین خازن‌های موجود در بازار است که در انواع مختلفی از مدار‌ها استفاده می‌شود. این خازن دارای دو قطب مثبت و منفی است.
برای مشخص شدن پایه منفی خازن نواری رنگی با رنگی مخالف با رنگ کلی خازن قرار گرفته است. علامت منفی روی این نوار وجود دارد که قطب منفی را نشان می‌دهد.
از این نوع خازن نیز معمولاً در محدوده میکرو فاراد استفاده می‌شود. البته بر روی تمام خازن‌ها ظرفیت و میزان ولتاژ قابل تحمل نوشته شده است. از دو ماده تانتالیوم و آلومینیوم برای ساخت این خازن استفاده می‌شود که معمولاً نوع تانتالیوم دارای قیمتی بیشتر از مدل‌های دیگر است. مهم‌ترین کاربرد این خازن در مدارات فیلترینگ و مسدود‌کننده است.
خازن عدسی
خازن عدسی ظاهری مشابه عدس داشته و بسیار کوچک است. ساختار این خازن به این صورت است که پلاریته منفی و مثبت ندارند و به آن‌ها خازن بدون قطب نیز گفته می‌شود. ظرفیت این نوع خازن‌ها در محدوده پیکو فاراد و نانو فاراد است که سایز آن‌ها نیز با توجه به ظرفیت تغییر می‌کند.
بر روی هر خازن عدسی عدد‌هایی نوشته شده که برای خواندن ظرفیت از آن‌ها استفاده می‌شود. نحوه مشخص کردن ظرفیت آن‌ها به این صورت است که ابتدا عدد روی خازن را می‌خوانیم.
این عدد سه رقمی است. دو رقم اول را نگه داشته و به اندازه عدد سوم، جلوی آن‌ها صفر قرار می‌دهیم. به عنوان مثال اگر عدد 104 بود، چهار صفر به جلوی عدد 10 اضافه می‌کنیم. این عدد ظرفیت خازن را بر حسب پیکوفاراد نشان می‌دهد. از خازن سنج‌ها، مولتی متر ( مولتی متر چیست ) یا LCR نیز برای اندازه‌گیری میزان ظرفیت خازن استفاده می‌شود.
خازن میکا
از این نوع خازن برای طراحی و آماده‌سازی خازن‌های کوچک استفاده می‌شود. خود خازن‌های میکا در دو نوع گیره دار و نقره‌ای موجود هستند که معمولاً در فرکانس‌های بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند. معمولاً ظرفیت این نوع خازن در محدوده میکرو فاراد است. عمر خازن‌های میکا بسیار بالاست.
جهت مشاهده انواع کلید اتوماتیک زیمنس کلیک کنید
خازن کاغذی
نوع دیگری از خازن‌های مورد استفاده در مدارات، خازن کاغذی است. معمولاً محدوده ظرفیت خازن‌های کاغذی، میکروفاراد است و میزان ولتاژ آن‌ها بالاتر و تا 2000 ولت است. نامگذاری این خازن به دلیل استفاده از کاغذ بین صفحات خازن بوده است اما امروزه از پلاستیک نیز برای این منظور استفاده می‌شود.
کاربرد خازن چیست؟
نمونه‌های گفته شده تعدادی از خازن‌های کاربردی هستند که در مدارات مختلف استفاده می‌شوند. اما باید ببینیم این خازن‌ها چه کاربردی دارند و چه کاری در مدار انجام می‌دهند.
مهم‌ترین موارد استفاده از خازن‌ها در ادامه ذکر شده است.
- در انواع مختلف سیستم‌ها و مدار‌ها برای ذخیره انرژی به کار می‌روند.
- در طراحی و ساخت انواع مختلفی از وسایل الکترونیکی به کار برده می‌شوند.
- برای ساخت وسایلی مانند گوشی و لپ تاپ از خازن‌ها استفاده می‌شود.
- در ساخت انواع مختلف موتور‌های الکتریکی از خازن‌های مختلف استفاده می‌شود.
کار خازن چیست؟
با توجه به توضیحات گفته شده می‌توان خازن را مانند یک باتری کوچک در نظر گرفت. این باتری قابلیت شارژ دارد، در زمان بسیار کم شارژ شده و هنگامی که جریان الکتریکی قطع می‌شود، به سرعت در مدار تخلیه می‌شود. خازن‌ها در مدار‌های مستقیم و متناوب قرار می‌گیرند.
زمانی که خازن در مدار مستقیم قرار گرفته است، جریان را از خود عبور می‌دهد و به محض شارژ شدن، دیگر اجازه عبور جریان نمی‌دهد. اما خازن‌ها در مدار متناوب به صورت مداوم در حال شارژ و دِشارژ شدن هستند.
مهم‌ترین کار خازن و دلیل استفاده از آن در مدار این است که انرژی را در خود ذخیره کرده و زمان یکه مدار دچار افت جریان می‌شود، انرژی خود را در مدار تخلیه می‌کند. در واقع به عنوان قطعه تقویت‌کننده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
سخن آخر
مدارات الکتریکی دارای قطعات مختلفی هستند که هر کدام وظایف خاصی در مدار به عهده دارند. خازن از مهم‌ترین قطعات موجود در مدار است که انرژی الکتریکی را در خود ذخیره کرده و در زمان افت ولتاژ به مدار باز می‌گرداند.
خازن‌ها انواع مختلفی دارند و با توجه به جنس و نوع دی الکتریک به نام‌های مختلفی شناخته می‌شوند. هر کدام از انواع خازن‌ها دارای ظرفیت خاصی هستند و برای نوع خاصی از مدارات استفاده می‌شوند.