خازن (Capacitor) چیست؟

در این مقاله قصد داریم شما را با یکی از قطعات الکترونیکی پر کاربرد به نام خازن (Capacitor) آشنا کنیم. با ما همراه باشید.

خازن (Capacitor)

خازن یکی از اجزای غیرفعال (پسیو) مانند مقاومت است. به طور کلی از خازن برای ذخیره بار استفاده می شود. در خازن بار به شکل “میدان الکتریکی” ذخیره می شود. خازن ها در بسیاری از مدارهای الکتریکی و الکترونیکی نقش اساسی دارند.

یک خازن متصل به یک منبع تغذیه DC، باری را جمع می کند که پس از قطع شدن منبع، شارژ باقی می ماند.
خازن انرژی را مانند یک باتری قابل شارژ کوچک ذخیره می کند (و سپس می تواند تخلیه کند).
سرعت شارژ/دشارژ بسیار سریع است، اما می‌تواند توسط یک مقاومت سری محدود شود، که خازن را قادر می‌سازد تا به عنوان یک جزء زمان‌بندی در بسیاری از مدارهای الکترونیکی استفاده شود.

در شکل 1 شمای فنی یک خازن بدون پلاریته و با پلاریته نشان داده شده است.

شکل 1: شمای فنی یک خازن بدون پلاریته و با پلاریته

موارد استفاده خازن در مدار

oمی توان از خازن در موارد زیر استفاده کرد:

برای مسدود کردن جریان DC هنگام عبور پالس‌ها یا «نویز» الکتریکی یا جریان متناوب یا سیگنال‌های صوتی یا سایر اشکال موج
ولتاژ خروجی ارائه شده توسط منابع تغذیه را صاف کرد.
برای حذف اسپک‌ها از سیگنال‌هایی باعث تحریک کاذب قطعات در مدارهای دیجیتال
برای تنظیم پاسخ فرکانس مدار صوتی
برای جفت کردن اجزا یا عناصر مدار مجزا که باید از انتقال جریان DC محافظت شوند.

خازن چگونه کار می کند؟

یک خازن از دو صفحه تشکیل شده است که هر کدام از صفحات به یک سرب برای اتصال با منبع تغذیه DC به آن متصل است.
صفحات توسط یک لایه نازک و عایق به نام دی الکتریک از هم جدا می شوند که معمولاً جامد یا خمیری است اما ممکن است مایع، ژل، گاز یا خلاء باشد.
صفحات در بیشتر خازن ها از فیلم فلزی نازک یا فیلم پلاستیکی متالایزه ساخته شده اند.
برای به حداقل رساندن اندازه جزء، ممکن است فیلم به شکل یک بسته استوانه‌ای فشرده رول شود.

انواع بسته بندی خازن

سه بسته بندی متداول برای خازن ها عبارتند از:

استوانه ای
دیسکی
قرص مستطیلی شکل

خازن استوانه ای

یک خازن استوانه ای ممکن است دارای سیم های محوری (سیمی که به هر انتها متصل است) یا سیم های شعاعی (هر دو سیم از یک سر بیرون می آیند) داشته باشد.
خازن‌های شعاعی بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا امکان قرار دادن آسان در برد مدار را فراهم می‌کنند.
خازن معمولاً در یک قوطی آلومینیومی کوچک بسته بندی می شود، از یک طرف بسته می شود، در انتهای دیگر با یک دیسک عایق پوشانده می شود و در یک لایه نازک پلاستیک عایق پیچیده می شود.

در شکل 2 انواع مختلفی از خازن‌های استوانه‌ای نشان داده شده است.

شکل 2 : خازن‌های استوانه‌ای

خازن دیسکی

یک خازن دیسکی (گاهی اوقات به عنوان خازن دکمه ای نامیده می شود) معمولاً در یک ترکیب سرامیکی عایق قرار می گیرد و دارای سیم های شعاعی است. خازن های سرامیکی کم ارزش مدرن بیشتر در اپوکسی غوطه ور هستند یا به صورت قرص های مربعی شکل هستند.

در شکل 3 انواع مختلفی از خازن‌های دیسکی نشان داده شده است.

شکل 3 : خازن‌های دیسکی

خازن نصب سطحی

خازن نصب سطحی مربع یا مستطیل شکل است که معمولاً در هر بعد چند میلی متر است و دارای دو صفحه رسانا یا تماس در انتهای مخالف است.
تقریباً مشابه یک مقاومت روی سطح است.
خازن‌های با ارزش بزرگ‌تر به‌طور اجتناب‌ناپذیری بزرگ‌تر هستند، اما همچنان می‌توانند برای کاربردهای روی سطح طراحی شوند.

در شکل 4 انواع مختلفی از خازن های نصب سطحی آورده شده است.

شکل 4: خازن نصب سطحی

خازن آرایه‌ای

یک آرایه خازن شامل دو یا چند خازن است که به صورت داخلی از یکدیگر جدا شده اند و توسط کنتاکت های خارجی قابل دسترسی هستند. آنها در قالب نصب روی سطح و همچنین در تراشه های سوراخ داخلی با فرمت DIP (بسته دوگانه داخلی) یا SIP(بسته تک خطی) فروخته می شوند.
اجزای داخلی ممکن است در یکی از سه پیکربندی متصل شوند: گذرگاه ایزوله، گذرگاه مشترک، یا گذرگاه مشترک دو سر.

در شکل 5 انواع مختلفی از خازن‌های آرایه‌ای نشان داده شده است.

شکل 5 : خازن آرایه‌ای

خازن‎‌های متغیر

یک خازن متغیر امکان تنظیم ظرفیت خازن را تقریباً به همان روشی که یک پتانسیومتر دارد، را داراست.
خازن های تنظیم: خازن های متغیر عمدتاً بزرگ برای تنظیم گیرنده های رادیویی ساخته شدند.
خازن های تریمر: به طور گسترده ای در دسترس هستند و بیشتر برای تنظیم مدارهای فرکانس بالا استفاده می شوند.
وارکتور: شکلی از دیود با ظرفیت خازنی متغیر است که توسط ولتاژ معکوس کنترل می شود.

در شکل 6 شمای فنی خازن متغیر نمایش داده شده است.

شکل 6 : شمای فنی خازن منغیر

خازن‎‌ متغیر چگونه کار می‌کند؟

برای توضیح خازن های متغیر و تفاوت آنها با خازن های ثابت باید گفت که به طور کلی با تغییر سه عامل می توان ظرفیت خازن را تغییر داد: “فاصله صفحات” ، “سطح صفحات”، و نوع “دی الکتریک”.
اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر “سطح مشترک صفحات” خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه از آن دارد. خازن های متغیر عموما از نوع عایق هوا یا پلاستیک هستند.

در شکل 7 یک خازن متغیر نشان داده شده است.