آشنایی با خازن در الکترونیک

در مبحث آموزش الکترونیک و تعمیرات الکترونیک به معرفی برخی عناصر از جمله خازن می پردازیم.  خازن عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن ها انرژی الکتریکی را نگهداری می کنند و به همراه مقاومت ها، در مدارات تایمینگ استفاده می شوند. همچنین از خازن ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می شود. خازن ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می شوند .
ظرفیت : ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می باشد. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.
بنابراین استفاده از واحدهای کوچک تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک تر فاراد هستند.
µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F
n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF
p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF
خازن المان الکتریکی است که می تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می شود:
ساختمان خازن
هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ تر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است.
انواع خازن
خازنهای ثابت: سرامیکی , خازنهای ورقه ای , خازنهای میکا , خازنهای الکترولیتی , آلومینیومی , تانتالیوم
خازنهای متغیر: واریابل , تریمر
انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها
مسطح
کروی
استوانه ای
انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها
خازن کاغذی
خازن الکترونیکی
خازن سرامیکی
خازن متغییر
خازن مسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود. ظرفیت خازن (C) نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.
عمل ژنراتوری
عکس پدیده مزبور یعنی موتوری عمل ژنراتوری است . به همان ترتیبی که بر سیم حامل جریان در یک میدان مغناطیسی نیرو وارد می شود . چنانچه یک سیم هادی را در یک میدان مغناطیسی به نحوی حرکت دهیم که خطوط قوای مغناطیسی را قطع نماید تولید جریان می شود که به آن جریان القائی گویند.
شارژ و دشارژ
همانند خازن سیم پیچ هم قابلیت شارژ و دشارژ دارد. با این فرق که انرژی در سیم پیچ به صورت الکترو مغناطیسی ذخیره می شود. در صورتی که انرژی ذخیره شده در خازن از نوع الکترواستاتیکی است.
آشنايي با سلف يا بوبين
اگر مقداري سيم هادي روپوش دار به دور محور يا هسته اي پيچانده شود سلف يا سيم پيچ يا بوبين به وجود مي آيد. چنانچه سيم ضخيم باشد ديگر به هسته به عنوان تكيه گاه سيم نيازي نخواهد بود. از هسته علاوه بر اثرات القايي به جاي تكيه گاه جهت پيچاندن و نگهداري سيم استفاده مي شود. در صورتي كه سيم نازك باشد مي توان از استوانه هاي كاغذي يا مقوايي يا هر عايق ديگري استفاده كرد.
سلف هايي را كه هسته ي فلزي دو يا چند سر دارند اغلب داراي تعداد دور استاندارد هستند در اصطلاح چوك مي گويند. چوك ها معمولا حفاظ خارجي دارند مانند چوك مهتابي، چوك بلند گو و... از چوك مهتابي در مصارف برقي و از چوك بلندگو در مصارف الكترونيكي استفاده مي شود.
تفاوت خازن و سلف در اين است كه خازن الماني است كه انرژي الكتريكي را توسط ميدان الكترواستاتيكي "بار الكتريكي" در خود ذخيره مي كند و از صفحات هادي و عايق بين آنه ها كه دي الكتريك ناميده مي شود تشكيل شده است اما سلف الماني است كه انرژي الكتريكي را توسط ميدان الكترو مغناطيس در خود ذخيره مي كند و از دو قسمت اصلي سيم پيچ و هسته تشكيل شده است.
هسته در سلف قسمتي است كه درون سيم پيچ قرار مي گيرد تا مسير مناسبي براي ميدان مغناطيسي فراهم آورد. هسته مناسب در صنعت الكترونيك فريت ها هستند. فريت به طور كلي به مواد سراميكي گفته مي شود كه داراي خواص فرو مغناطيس باشند. فريتي كه در سلف ها بيش تر استفاده مي شود در شمار فريت هاي نرم هستند.
سيم پيچ ها داراي ابعاد و اشكال مختلفي هستند ولي مي توان آنها را به دو دسته كلي تقسيم كرد:
الف- سيم پيچ بدون هسته (با هسته هوا)
ب- سيم پيچ با هسته فلزي يا فريت.
در سيم پيچ بدون هسته سيم را روي لوله هاي عايق مانند مقوا يا پلاستيك مي پيچند. اين لوله ها كه قرقره نام دارند فقط براي حفظ و نگهداري سيم پيچ مورد استفاده قرار مي گيرند. سلف هاي با خود القايي زياد اگر بدون هسته ساخته شوند ابعاد آنها بزرگ مي شود.
بنابراين بهتر است آن ها را با هسته فلزي بسازند. در اين مورد هسته مناسب بخصوص در الكترونيك فريت ها هستند. پيچيدن سيم روي هسته معمولا به صورت يك لايه و دو لايه انجام مي گيرد.