خازن چیست به زبان ساده و انواع آن کدامند؟

خازن یک قطعه کوچک الکتریکی است که از آن برای ایجاد میدان های الکتریکی یکنواخت استفاده می شود. این قطعه از اجزاء غیر فعال مدارهای الکتریکی می باشد که کاربرد های متعددی دارد. عمر طولانی و قابلیت اطمینان بالای خازن ها از مزیت های آن ها محسوب می شود. در ادامه با پایتخت فناوری همراه باشید تا عملکرد خازن، انواع آن و کاربرد های هر یک را برای شما توضیح دهیم.

خازن چیست به زبان ساده

خازن ها از اجزای الکتریکی مهمی هستند که می توانند بار و انرژی را در خود ذخیره کنند. هر خازن به طور کلی از حداقل دو رسانا که توسط یک عایق از هم جدا می شوند، تشکیل می شوند. این هادی ها صفحات خازن نام دارند که اغلب از جنس فلز یا الکترولیک می باشند. یک لایه عایق به نام دی الکتریک بین صفحات خازن قرار می گیرد و موجب زیاد شدن ظرفیت خازن می شود.

نوع و اندازه دی الکتریک مورد استفاده در خازن تعیین کننده اهداف کاربری آن است. جنس این لایه عایق می تواند هوا، کاغذ، آب، شیشه، فیلم پلاستیکی، سرامیک و غیره باشد و برای کاربردهای مختلف فرق می کند. به عنوان مثال برای کاربردهای ولتاژ بالا مانند مدارهای تنظیم رادیویی هوایی از شیشه استفاده می شود.

عملکرد خازن در مدار چگونه است؟

زمانیکه جریان وارد خازن می شود، بارها نمی توانند از دی الکتریک عبور کنند و روی صفحات گیر می کنند. الکترون ها (ذرات دارای بار منفی) به یکی از صفحات جذب شده و صفحه دارای بار منفی می شود. جرم زیاد بارهای منفی در یک صفحه مانند بارهای صفحه دیگر از آن دور می شود و باعث ایجاد بار مثبت می گردد. بارهای مثبت و منفی بر روی هر کدام از این صفحات همدیگر را جذب می کنند اما به علت وجود دی الکتریک در بین آن ها، تا زمانیکه بارها جای دیگری برای رفتن نداشته باشند، برای همیشه روی صفحه می مانند. این بارهای ثابت یک میدان الکتریکی ایجاد می کنند که ولتاژ پتانسیل الکتریکی را تحت تاثیر قرار می دهد. خازن انرژی الکتریکی حاصل از جمع شدن بارها را در خود ذخیره می کند.

دلایل استفاده از خازن در مدار

اصلی ترین دلیل استفاده از خازن در مدار، ذخیره انرژی الکتریکی است. اما این قطعه کوچک موارد استفاده متعددی دارد که در ادامه به آن می پردازیم.

پردازش سیگنال

خازن ها در فناوری اطلاعات نقش مهمی دارند. دستگاه های حافظه پویا (DRAM) از خازن جهت نمایش اطلاعات باینری استفاده می کنند. همچنین، دستگاه جفت کننده بار (CCD) که نوعی حسگر تصویر برداری است شامل آرایه ای از خازن های حساس است و از خازن به صورت آنالوگ استفاده می کند. علاوه بر این، از خازن ها در کنار سلف ها جهت تنظیم مدار با فرکانس های خاص استفاده می شود.

سنسور

از خازن به عنوان حسگر جهت اندازه گیری مواردی مانند رطوبت هوا، سطح سوخت و فشار مکانیکی استفاده می شود. در واقع، از تغییر فاصله صفحات خازن می  توان برای تشخیص تغییرات مکانیکی مانند فشار و شتاب استفاده کرد. علاوه بر این، تغییر در مواد بین صفحات خازن که باعث تغییر ظرفیت خازن می شود نیز برای اندازه گیری رطوبت هوا کاربرد دارد.

منبع تغذیه

یکی دیگر از کاربردهای متداول خازن، استفاده از آن ها به عنوان منبع تغذیه دستگاه های تهویه مطبوع است. زمانیکه خازن شارژ می شود، سیگنال های AC اجازه عبور پیدا می کنند اما سیگنال های DC مسدود می شوند. خازن ها می توانند این دو سیگنال را به طور موثری تقسیم کنند و به این ترتیب، باعث تمیز شدن منبع تغذیه شوند. از این ویژگی برای جداسازی بخش های مختلف مدارهای الکتریکی جهت کم کردن نویز، استفاده می شود. با این حال، این تکنیک ممکن است کارایی دستگاه را کاهش دهد.

انواع خازن و کاربرد های آن ها

خازن ها بر اساس جنس عایق دی الکتریک، جنس رسانا ها و طرز قرار گرفتن قطعات در کنار یکدیگر دسته بندی می شوند. از این رو، انواع بسیار متنوعی دارند. خازن ها بر اساس ساختار داخلی در دو نوع خازن ثابت و خازن متغییر دسته بندی می شوند.

خازن ثابت

خازن ثابت با یک مقدار ظرفیت از قبل تعیین شده، تولید می شود. این نوع از خازن مدل های بسیار متنوعی با ظرفیت های مختلف دارند که بر اساس نوع دی الکتریک داخلی با یکدیگر فرق دارند. انواع خازن ثابت شامل موارد زیر می شوند.

1- خازن سرامیکی

جنس دی الکتریک در این نوع خازن از جنس سرامیکی است و به دلیل بالا بودن ضریب عایق سرامیک، خازن سرامیکی در اندازه های بسیار کوچک اما با ظرفیت بالا تولید می شود. خازن عدسی شناخته شده ترین مدل از خازن سرامیکی می باشد. از مهم ترین کاربرد های خازن سرامیکی می توان به حذف نویز موجود در تغذیه مدارها اشاره کرد.

2- خازن الکترولیتی

این نوع خازن اغلب استوانه ای شکل هستند و حجم کمی دارند. با این حال از ظرفیت بالایی برخوردار می باشد. از خازن الکترولیتی جهت صاف کردن، حذف نویزهای فرکانس پایین و حذف ریپل ولتاژ در قسمت تغذیه مدارها استفاده می شود. خازن تانتالیومی و خازن آلومینیومی دو مدل معروف از این نوع خازن می باشند.

3- خازن ورقه ای

عایق دی الکتریک در این نوع خازن ثابت نازک و نرم و معمولا از جنس کاغذ، پلاستیک یا میکا است که به شکل یک ورقه استوانه ای بین صفحات رسانا پیچیده می شود.

4- ابر خازن

ابر خازن ها نسل جدیدی از خازن ها هستند که با فناوری نانو طراحی شده اند. این نوع خازن ها ظرفیت های بسیار بالا در حد کیلوفاراد (KF) دارند. به همین دلیل دانشمندان آن ها را به عنوان ابر خازن می شناسند.

5- خازن میکا نقره

این نوع خازن در مقایسه با مدل های دیگر خازن ثابت، پایداری نسبتا بالاتر، دقت بیشتر و تلفات کمتری دارند. خازن های میکا معمولا در مصارف فرکانس رادیویی کاربرد دارند اما چندان متداول نیستند.

6- خازن شیشه ای

جنس دی الکتریک در این نوع خازن از شیشه است. با توجه به خواص شیشه، خازن های شیشه ای عملکرد عالی و تلفات بسیار کم دارند. این نوع خازن ها همچنین قابلیت عبور جریان های بالای فرکانس رادیویی را دارند.

7- خازن پلی کربنات

این نوع خازن سطح تحمل بسیار بالایی دارند و می توانند مقدار ظرفیت خودشان را در مدت زمان بسیار طولانی حفظ کنند. آن ها همچنین قادر هستند در بازه دمایی 55- تا 125+ درجه سانتی گراد عملکرد مناسبی داشته باشند.

خازن متغیر

این نوع خازن قابلیت تغییر مقدار ظرفیت خازن را دارد. از این رو، ظرفیت مشخصی ندارند. در واقع، ظرفیت این نوع خازن ها با سطح مشترک دو صفحه خازن با هم نسبت مستقیمی دارد. از خازن های متغیر معمولا در مدارات مخابراتی استفاده می شود. خازن واریابل و خازن تریمر دو مدل معروف از خازن های متغیر هستند. تغیر ظرفیت در خازن واریابل با استفاده از دسته متحرک و در خازن تریمر از طریق پیچ گوشتی انجام می شود.

سوالات متداول

1- کار خازن چیست؟

خازن یکی از قطعات منفعل مدار است که انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند. این قطعه از دو صفحه فلزی که به صورت موازی در کنار هم قرار گرفته اند، تشکیل شده است.

2- انواع خازن و کاربرد آن ها را بیان کنید؟

خازن ثابت و خازن متغیر دو نوع متداول از خازن ها هستند. خازن های ثابت موجب تثبیت جریان برق و ولتاژ در سیستم های انتقال قدرت الکتریکی می شوند. خازن های متغیر اغلب در مدارات مخابراتی کاربرد دارند.