خازن در مدارات

خازن در مدارات

خازن وسيله اي است كه انرژي را درون ميدان الكتريكي ايجاد شده بين دو عدد رسانا كه در هر يك بارهاي الكتريكي هم پايه مساوي اما مخالف هم جاي دارند ذخيره ميكند . بعضي مواقع به جاي خازن از كلمه اي به نام كاندنسر كه شبيه خارن است و متراكم كننده بارهاي الكتريكي است استفاده ميكنند . بعبارتي ديگر :

يك خازن عبارت است از دو قطب الكتريكي يا صفحه فلزي كه بارهاي اين دو صفحه رسانا با هم مخالف هستند و به وسيله يك عايق يا دي الكتريك از يكديگر جدا شده اند . بارها در روي سطح دو صفحه فلزي در حد مرز با دي الكتريك ذخيره ميشوند زيرا هر يك از دو صفحه فلزي بارهايي هم اندازه اما مخالف هم را ذخيره ميكنند . مجموع بارها در خازن هميشه صفر است .

تاريخچه مختصري ازخـــازن :
درحدود 600 سال قبل از ميلاد تالس از شهر ميلوتوس نوشته هايي بدست آمده است كه در يونان باستان يونانيان مي توانستند با ماليدن قطعات كهربا به يكديگر جرقه اي ايجاد كنند اين عمل ايجاد برق بشكل اصطكاك است . يعني جدايي مكانيكي بارهاي الكتريكي در اجسام عايق اين نتيجه يكي از اثرات مهم خارن هاست در اكتبر 1745 آقاي لوان جرج از شهر پورمينا اولين خارن خود را اختراع كرد . اين يك جام شيشه اي بود كه از داخل با يك نوع فلز خاص پوشش داده شده بود و به ميله اي متصل شده بود كه از داخل در پوش خارج ميشد و به گوي فلزي متصل ميگرديد . با استفاده از عايق بين اين دو صفحه فلزي آقاي اوال كريس به صورت خارق العاده اي بار الكتريكي خازن را همراه با چگالي آن افزايش داد . قبل از ايم كه اختراع كليس بصورت گسترده شناخته شود . يك فيريكدان آلماني به نام پيتروان ماسچن بروك مستقلا چيزي بسيار شبيه به خازن در ژانويه 1746 اختراع كرد كه اسم آن را ليدن شيشه اي به افتخار دانشگاه ليدن جايي كه او كار ميكرد گذاشتند.
بنجامين فرانكلين در مورد ليدن شيشه اي تحقيق كرد و ثابت كرد كه بار بر روي شيشه ذخيره ميشود نه بر روي آب همچنان كه وانمود شده بود در اصل مقياس بار شيشه ها بودند . يك شيشه به مقدار يك nf (نانو فاراد) است . خازن هاي اوليه شناخته شده شبيه وسيله اي بودند به نام كالذنستر كه بار الكتريكي را متراكم ميكند كه امروزه هنوز هم از آن استفاده ميشود و آن را ولتا در سال 1782 اختراع كرده بود . با توجه به توانايي اختراع به ذخيره بارهاي الكتريكي با چگالي بالا كه بوسيله يك رساناي معمولي عايق شده اند .
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 . از خازن ها در مدارات بعنوان ********** هم استفاده می شود . زیرا 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 توانائی 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 . بنابراین استفاده از واحدهای کوچکتر نیز در خازنها مرسوم است . میکروفاراد µF ، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچکتر 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
انواع مختلفی از خازن ها وجود دارند که میتوان از دو نوع اصلی آنها ، با پلاریته ( قطب دار ) و بدون پلاریته ( بدون قطب ) نام برد .
خازنهای قطب دار :
الف - خازن های الکترولیت
در خازنهای الکترولیت قطب مثبت و منفی بر روی بدنه آنها مشخص شده و بر اساس قطب ها در مدارات مورد استفاده قرار می گیرند . دو نوع طراحی برای شکل این خازن ها وجود دارد . یکی شکل اَکسیل که در این نوع پایه های یکی در طرف راست و دیگری در طرف چپ قرار دارد و دیگری رادیال که در این نوع هر دو پایه خازن در یک طرف آن قرار دارد . در شکل نمونه ای از خازن اکسیل و رادیال نشان داده شده است .

در خازن های الکترولیت ظرفیت آنها بصورت یک عدد بر روی بدنه شان نوشته شده است . همچنین ولتاژ تحمل خازن ها نیز بر روی بدنه آنها نوشته شده و هنگام انتخاب یک خازن باید این ولتاژ مد نظر قرار گیرد . این خازن ها آسیبی نمی بینند مگر اینکه با هویه داغ شوند .

ب - خازن های تانتالیوم
خازن های تانتالیم هم از نوع قطب دار هستند و مانند خازنهای الکترولیت معمولاً ولتاژ کمی دارند . این خازن ها معمولاً در سایز های کوچک و البته گران تهیه می شوند و بنابراین یک ظرفیت بالا را در سایزی کوچک را ارائه می دهند .
در خازنهای تانتالیوم جدید ، ولتاژ و ظرفیت بر روی بدنه آنها نوشته شده ولی در انواع قدیمی از یک نوار رنگی استفاده می شود که مثلا دو خط دارد ( برای دو رقم ) و یک نقطه رنگی برای تعداد صفرها وجود دارد که ظرفیت بر حست میکروفاراد را مشخص می کنند . برای دو رقم اول کدهای استاندارد رنگی استفاده می شود ولی برای تعداد صفرها و محل رنگی ، رنگ خاکستری به معنی × 0.01 و رنگ سفید به معنی × 0.1 است . نوار رنگی سوم نزدیک به انتها ، ولتاژ را مشخص می کند بطوری که اگر این خط زرد باشد 3/6 ولت ، مشکی 10 ولت ، سبز 16 ولت ، آبی 20 ولت ، خاکستری 25 ولت و سفید 30 ولت را نشان می دهد .
برای مثال رنگهای آبی - خاکستری و نقطه سیاه به معنی 68 میکروفاراد است .
آبی - خاکستری و نقطه سفید به معنی 8/6 میکروفاراد است .

خازنهای بدون قطب :
خازن های بدون قطب معمولا خازنهای با ظرفیت کم هستند و میتوان آنها را از هر طرف در مدارات مورد استفاده قرار داد . این خازنها در انواع مختلفي مانند عدسي و ميكا و پوليستر و كاغذي و...عرضه ميشوند كه در برابر گرما تحمل بیشتری دارند و در ولتاژهای بالاتر مثلا 50 ولت ، 250 ولت و ....كه در دسترس ميباشند .

پیدا کردن ظرفیت این خازنها کمی مشکل است چون انواع زیادی از این نوع خازنها وجود دارد و سیستم های کد گذاری مختلفی برای آنها وجود دارد . در بسیاری از خازن ها با ظرفیت کم ، ظرفیت بر روی خازن نوشته شده ولی هیچ واحد یا مضربی برای آن چاپ نشده و برای دانستن واحد باید به دانش خودتان رجوع کنید . برای مثال بر 1/0 به معنی 0.1µF یا 100 نانوفاراد است . گاهی اوقات بر روی این خازنها چنین نوشته می شود ( 4n7 ) به معنی 7/4 نانوفاراد . در خازن های کوچک چنانچه نوشتن بر روی آنها مشکل باشد از شماره های کد دار بر روی خازن ها استفاده می شود . در این موارد عدد اول و دوم را نوشته و سپس به تعداد عدد سوم در مقابل آن صفر قرار دهید تا ظرفیت بر حسب پیکوفاراد بدست اید . بطور مثال اگر بر روی خازنی عدد 102 چاپ شده باشد ، ظرفیت برابر خواهد بود با 1000 پیکوفاراد یا 1 نانوفاراد .

کد رنگی خازن ها :
در خازن های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می شد . در این کد ها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می دهند و رنگ چهارم تولرانس ا نشان می دهد .
برای مثال قهوه ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است .
خازن های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می گیرند . این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت .

خازن ها با هر ظرفیتی وجود ندارند . بطور مثال خازن های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند .

دلیل اینکار چنین است :
فرض کنیم بخواهیم خازن ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم . مثلاً 10 و 20 و 30 و . . . به همین ترتیب . در ابتدا خوب بنظر می رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می دهد ؟
مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و . . . که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مسئله معقول بنظر نمی رسد .
برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن ها ، میتوان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود . مثلاً 7/4 - 47 - 470 و . . . و یا 2/2 - 220 - 2200 و . . .

خازن های متغیر :
در مدارات تیونینگ رادیوئی از این خازن ها استفاده می شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می شود . ظرفیت این خازن ها خیلی کم و در حدود 100 تا 500 پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پائین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی گیرند .
در مدارات تایمینگ از خازن های ثابت استفاده می شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم ، این عمل بکمک مقاومت انجام می شود

خازن های تریمر :
خازن های تریمر خازن های متغییر کوچک و با ظرفیت بسیار پائین هستند . ظرفیت این خازن ها از حدود 1 تا 100 پیکوفاراد ماست و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند .
در پست هاي بعدي از نقش خازن ها در مدارات بيشتر بحث خواهيم كرد