تبلیغات
تیم الکترونیک دانشجویی بسیج دانشگاه ماهشهر - مقاله جامع و کامل درباره خازن (قسمت دوم ) + لینک دانلود
 
تیم الکترونیک دانشجویی بسیج دانشگاه ماهشهر
درباره وبلاگ


تیم اکترونیک دانشگاه ازاد ماهشهر آماده همکاری با تمامی تیم ها و گروه های که در زمینه برق و روباتیک کار می کنندبرای انجام پروژه های مختلف به صورت مشترک ،برگزاری سمینار های مختلف ، برگزاری کلاس ها آموزشی مشترک با تیم های دیگر ، بازدیدهای علمی ، وغیره

مدیر وبلاگ : پوریا حسن زاده
نویسندگان
خازن سرامیکی عدسی
ولتاژ مجاز خازن : یکی از مهمترین مشخصه های یک خازن ، ولتاژ مجاز آن می باشد و منظور از آن حداکثر ولتاژی است که می توان به خازن اعمال نمود به طوری که دی الکتریک خازن آسیب نبیند . قبلا گفتیم که زمانی که یک اختلاف پتانسیل به دو سر خازن اعمال می شود یک میدان الکتریکی قوی بین هر یک از جوشن های خازن و لبه های دی الکتریک و یک میدان الکتریکی ضعیف بین دو جوشن خازن ایجاد می شود و هر چه ولتاژ دو سر خازن بیشتر شود ، این میدان های الکتریکی نیز قوی تر می شوند . حال اگر ولتاژ اعمال شده به دو سر خازن از ولتاژ مجاز آن بیشتر شود ، در اثر قوی شدن بیش از حد میدان الکتریکی ، مولکولهای دی الکتریک شکسته شده و بین جوشن های خازن قوس الکتریکی ایجاد می گردد و این قوس الکتریکی سبب تبدیل شدن خازن به یک هادی می شود . بنابراین همیشه باید علاوه بر ظرفیت خازن به ولتاژ مجاز آن نیز توجه داشت . ولتاژ مجاز خازنهای الکترولیتی بر روی آنها نوشته می شود . خازنهای عدسی معمولا دارای ولتاژ مجاز 50 ولت با بالا هستند و ولتاژ مجاز خازنهای پلی استر نیز از 50 ولت به بالاست که معمولا بر روی آنها نوشته می شود . همیشه خازنهای با ولتاژ مجاز بیشتر ، گرانتر هستند .



سری و موازی کردن خازنها : اگر همانند شکل (5) تعدادی خازن با یکدیگر سری شوند ، ظرفیت خازن معادل از رابطه زیر بدست می آید .

 


سری بستن خازن ها

شکل (5)




که در این رابطه C ظرفیت خازن معادل بین نقاط A و B می باشد و مقدار آن از ظرفیت خازنهای C1 ، C2 و C3 کمتر است . به عنوان مثال اگر در شکل (5) ، C1=1µF و C2=2µF و C3=3µF باشند ، مقدار ظرفیت خازن معادل برابر است با :


                                          

همانطور که ملاحظه می کنید 0.55µF از مقادیر 1µF و 2µF و 3µF کمتر است . اما در مدار فوق رابطه مربوط به راکتانس خازن معادل به صورت زیر است .



یعنی راکتانس خازن معادل برابر است با مجموع راکتانس های خازنهای سری شده .
بنابراین سری بستن خازنها ، سبب کاهش ظرفیت خازن معادل و افزایش راکتانس خازن معادل می شود .
اما در صورتی که خازنها همانند شکل (6) ، به صورت موازی بسته شوند ، مقدار ظرفیت خازن معادل از رابطه زیر محاسبه می شود .


موازی بستن خازن ها شکل (6)

 




یعنی ظرفیت خازن معادل برابر مجموع ظرفیت های خازنهای موازی خواهد بود . به عنوان مثال اگر در شکل (6) داشته باشیم C1=1µF و C2=2µF و C3=3µF آنگاه ظرفیت خازن معادل برابر خواهد بود با :



اما در مدار فوق مقدار راکتانس خازن معادل بین نقاط A و B از رابطه زیر بدست می آید .


که در این رابطه Xc راکتانس خازن معادل می باشد . بنابراین موازی بستن خازنها ، سبب افزایش ظرفیت خازن معادل و کاهش راکتانس خازن معادل می گردد . در ادامه به بررسی انواع خازنها می پردازیم .

انواع خازنها : خازنها به دو دسته کلی تقسیم می شوند .
1- خازنهای ثابت 2- خازنهای متغیر

خازنهای ثابت : این خازنها دارای ظرفیت ثابتی هستند و بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نامگذاری می شوند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می شود . مهمترین خازنهای ثابت عبارتند از : 1- خازن سرامیکی 2- خازن میکا 3- خازن ورقه ای 4- خازن الکترولیتی


خازن سرامیکی ( Ceramic Capacitor ) : خازن سرامیکی یکی از پرکاربردترین خازنها می باشد . دی الکتریک به کار رفته در خازن سرامیکی از جنس سرامیک است و به دلیل اینکه سرامیک ثابت دی الکتریک بالایی دارد می توان خازنهای سرامیکی را در اندازه های کوچک و ظرفیت های بالا نسبت به حجمشان ساخت و این یکی از بزرگترین مزیت های خازنهای سرامیکی است . ولتاژ کار این خازنها از 50 ولت به بالاست . ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 1PF تا 100nf است . این نوع خازنها به شکل های عدسی ( دیسکی ) و استوانه ای ( لوله ای ) تولید می شوند . عیب بزرگ این خازنها ضرب حرارتی بالای آنها است که این امرسبب تغییر ظرفیت خازن سرامیکی در اثر تغییر دما می شود . در شکل (7) تصویری از یک خازن سرامیکی عدسی و در شکل (8) تصویری از چند خازن سرامیکی استوانه ای نشان داده شده است . همچنین در

شکل (9) تصویری از یک خازن سرامیکی که در ولتاژهای بالا مورد استفاده قرار می گیرد نمایش داده شده است .

 

خازن سرامیکی عدسی  

شکل (7)


خازن سرامیکی استوانه ای  

شکل (8)

 


  خازن سرامیکی ولتاژ بالا  

شکل (9)



مقدار ظرفیت خازنهای سرامیکی را ممکن است به همراه واحد آن بر روی خازن بنویسند که در این صورت مقدار ظرفیت خازن به راحتی خوانده می شود . نمونه ای از این نوع تعیین ظرفیت در شکل (10) نمایش داده شده است . کاملا مشخص است که ظرفیت این خازن 100nf است . گاهی برای تعیین ظرفیت خازن فقط از چند عدد استفاده می شود و واحدی برای ظرفیت خازن بر روی آن نوشته نمی شود . در این صورت اگر عدد روی خازن کوچکتر از یک باشد ، آن عدد بیانگر مقدار ظرفیت خازن بر حسب میکروفاراد خواهد بود که نمونه ای از آن در شکل (11) نمایش داده شده است . مقدار ظرفیت این خازن 0.1µF است . اما اگر عدد روی خازن بزرگتر از یک و کمتر از 100 باشد ، آن عدد بیانگر مقدار ظرفیت خازن بر حسب پیکوفاراد خواهد بود که نمونه ای از آن در شکل (12) نمایش داده شده است . در این شکل مقدار ظرفیت خازن 10PF است . حال اگر عدد روی خازن سه رقمی باشد ، دو رقم اول را نوشته و به تعداد رقم سوم به آنها صفر اضافه می کنیم . عدد حاصل مقدار ظرفیت خازن را بر حسب پیکوفاراد نشان می دهد . نمونه ای از این نوع تعیین ظرفیت در شکل (13) نمایش داده شده است که مقدار ظرفیت این خازن 150PF است .

 

 

خازن سرامیکی عدسی 100 نانو فاراد

شکل (10)


خازن سرامیکی عدسی 0.1 میکرو فاراد  

شکل (11)


خازن سرامیکی عدسی 10 پیکو فاراد  

شکل (12)


خازن سرامیکی عدسی 150 پیکو فاراد  

شکل (13)


خازنهای میکا : خازنهای میکا از تعدادی ورقه نازک میکا به عنوان دی الکتریک و تعدادی ورقه نازک فلزی به عنوان صفحات هادی تشکیل می شوند . این ورقه ها به صورت یک در میان روی هم قرار می گیرند . ورقه های فلزی در دو دسته به یکدیگر وصل شده اند تا سطح مؤثر هر صفحه خازن را بزرگتر کنند و ظرفیت خازن بالا رود . هر چه تعداد صفحات فلزی بیشتر و اندازه آنها بزرگتر باشد ، ظرفیت خازن افزایش می یابد . مجموعه ورقه های میکا و فلز در یک محفظه قرار می گیرند . ظرفیت خازنهای میکا کم و از چند پیکوفاراد تا حداکثر 5 نانوفاراد است . از ویژگی های اصلی و مهم این خازنها می توان داشتن ولتاژ کار بالا ، ثبات ظرفیت ، ضریب حرارتی پایین ، عمر کارکرد طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد . در شکل (14) تصویری از یک خازن میکا نمایش داده شده است .

 

خازن میکا شکل (14)



خازنهای ورقه ای : در خازنهای ورقه ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به عنوان دی الکتریک استفاده می شود . این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می شوند . 1- خازنهای کاغذی 2-خازنهای پلاستیکی

خازنهای کاغذی : دی الکتریک این نوع خازنها از یک صفحه نازک کاغذی متخلخل تشکیل شده است که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد . برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می دهند . خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها ، دارای ابعاد فیزیکی بزرگی هستند اما از مزایای این خازنها این است که در ولتاژها و جریان های زیاد می توان از آنها استفاده کرد . در شکل (15)

تصویری از یک خازن کاغذی نمایش داده است .

 

 

خازن کاغذی

شکل (15)


خازنهای پلاستیکی : در این نوع از خازنها از ورقه های نازک پلاستیک به عنوان دی الکتریک استفاده می شود . ورقه های پلاستیکی به همراه ورقه های نازک فلزی به صورت لوله شده در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می شوند . امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب ، در مدارات زیاد به کار می روند . این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند و به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می شود که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت وجود داشته باشد . یکی از انواع دی الکتریک هایی که در این نوع خازنها به کار می رود پلی استایرن (Polystyrene) است و از این رو به این خازنها ، پلی استر نیز گفته می شود که از جمله رایج ترین خازنهای پلاستیکی است . ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگاهرتز است . خازنهای پلاستیکی جریان نشتی خیلی کمی دارند . در شکل (16) نمونه ای از خازن های پلاستیکی نمایش داده شده است .

 

خازن پلاستیکی  

شکل (16)


خازنهای الکترولیتی : اگر دی الکتریک یک خازن طی یک واکنش شیمیایی ایجاد شده باشد آن خازن را یک خازن الکترولیتی و در غیر اینصورت آن را یک خازن خشک می گویند . از خازنهای الکترولیتی به دلیل قابلیتی که در ساخت آنها وجود دارد برای ظرفیت های بالا استفاده می کنند . داشتن ظرفیت زیاد در آنها ناشی از به کار بردن یک لایه دی الکتریک نازک با ضخامت تقریبی کم ( حدود یک نانو متر ) است . چنین لایه ای به وسیله یک عمل شیمیایی ( اکسیداسیون ) بر روی فلزات مناسب همچون آلومینیوم و تانتالیوم تشکیل می شود . در اکثر خازنهای الکترولیتی پلاریته مثبت و منفی مشخص شده است و اصطلاحا گفته می شود خازنهای الکترولیتی قطبی هستند . به همین سبب ، هنگام کار با این نوع خازنها باید دقت نمود ، زیرا اگر خازن به صورت معکوس اتصال داده شود ، دی الکتریک آن از بین رفته و خازن تبدیل به یک هادی می شود و سپس محلول الکترولیت خازن تجزیه می گردد و در اثر گاز ایجاد شده در محفظه ، خازن منفجر می شود . خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می شوند . در شکل (17) علائم اختصاری خازنهای الکترولیتی نمایش داده شده است .

 

علائم اختصاری خازن های الکترولیتی  

شکل (17)


خازنهای الکترولیتی آلومینیومی : این خازنها از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده اند که یکی از این ورقه ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می شود ، آند و ورقه آلومینیومی دیگرکاتد نامیده می شود . ساختمان داخلی این نوع خازنها به این صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین ورقه های آلومینیومی قرار دارند هم زمان پیچیده شده و به انتهای هر ورقه آلومینیومی یک سیم رابط متصل می شود . سپس این مجموعه را درون یک الکترولیت مناسب غوطه ور می سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند . سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و توسط یک پولک پلاستیکی که سیمهای رابط خازن از آن می گذرد ارتباط فضای داخلی محفظه را با بیرون قطع می کنند . هنگامی که پایه آند به قطب مثبت و پایه کاتد به قطب منفی یک منبع تغذیه متصل می شوند در اثر واکنش شیمیایی بر روی ورقه آند یک لایه عایق اکسید آلومینیوم تشکیل می شود . ولتاژ کار خازن متناسب با ضخامت لایه اکسید است . از معایب این خازنها می توان به تبخیر و خارج شدن الکترولیت از پولک پلاستیکی و بالا بودن جریان نشتی آنها اشاره کرد و از جمله ویژگی های خوب این خازنها داشتن ظرفیت زیاد نسبت به حجمشان است . پایه منفی ( کاتد ) خازنهای الکترولیتی را با نواری که بر روی آن علامت منفی (−) درج شده است مشخص می کنند . بر روی این خازنها ، ولتاژ مجاز و مقدار ظرفیت آنها را به طور مستقیم می نویسند . در شکل (18) تصویری از یک خازن الکترولیتی آلومینیومی نمایش داده شده است .

خازن الکترولیتی آلومینیومی  

شکل (18)


خازنهای الکترولیتی تانتالیومی : در این نوع خازنها به جای فلز آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می شود . به دلیل اینکه ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم بیشتر است خازنهای تانتالیومی نسبت به خازنهای آلومینیومی در حجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری می باشند . خازنهای تانتالیومی از خازنهای آلومینیومی گرانتر هستند و به همین دلیل در تولید انبوه محصولاتی که در ساخت آنها باید از خازنهای الکترولیتی استفاده شود ، سعی می شود تا حد امکان از خازنهای آلومینیومی استفاده گردد . خازنهای تانتالیومی طول عمر کارکرد بیشتر و جریان نشتی کمتری نسبت به خازنهای آلومینیومی دارند و از این جهات بر خازنهای آلومینیومی برتری دارند . همچنین در ظرفیت های یکسان ، خازنهای تانتالیومی حجم کمتری دارند . اما باید دقت داشته باشید که خازنهای تانتالیومی نسبت به افزایش ولتاژ دو سر خازن به بیش از ولتاژ مجاز و نیز اشتباه وصل شدن ولتاژ به دو سر خازن از نظر پلاریته ، حساس تر از خازنهای آلومینیومی هستند و سریعتر آسیب می بینند . خازنهای تانتالیومی همچنین تحمل جریان های شارژ و دشارژ زیاد را ندارند و هنگام شارژ و دشارژ آنها باید به این مسئله توجه داشت . یکی از مزیت های خازنهای آلومینیومی نسبت به خازنهای تانتالیومی این است که خازنهای آلومینومی در ظرفیت های بالا نیز ساخته می شوند ( تا چند هزار میکرو فاراد ) اما خازنهای تانتالیومی حداکثر تا ظرفیت 330µF ساخته می شوند . در شکل (19) تصاویری از خازنهای الکترولیتی تانتالیومی نمایش داده شده است .

خازن الکترولیتی تانتالیومی

شکل (19)


خازنهای متغیر : به طور کلی با تغییر سه عامل می توان ظرفیت خازنها را تغییر داد . این سه عامل عبارتند از : 1- فاصله صفحات خازن 2-سطح موثر بین صفحات خازن 3- نوع دی الکتریک

اساس کار خازنهای متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن و یا تغییر فاصله بین صفحات خازن است . نوع دی الکتریک به کار رفته در خازنهای متغیر معمولا از جنس هوا یا پلاستیک است . خازن متغیری که عمل تغییر ظرفیت در آن به وسیله یک ولوم انجام می شود را خازن واریابل ( Variable ) و نوع دیگر را که در آن عمل تغییر ظرفیت باید به کمک پیچ گوشتی انجام گیرد خازن تریمر ( Trimmer ) گویند . محدوده تغییر ظرفیت در خازنهای واریابل از 10 تا 400 پیکوفاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است . در شکل (20) تصاویری از خازن واریابل و در شکل (21) علامت اختصاری خازن واریابل نمایش داده شده است . همچنین در شکل (22) تصاویری از خازن تریمر و در شکل (23) علامت اختصاری خازن تریمر نمایش داده شده است .

 

خازن واریابل  

شکل (20)

علامت اختصاری خازن واریابل  

شکل (21)




خازن تریمر  

شکل (22)


علامت اختصاری خازن تریمر  

شکل (23)


دانلود مقاله با لینک مستقیم

پسورد فایل در صورت نیاز : www.emu-team.mihanblog.com





نوع مطلب : معرفی قطعات، 
برچسب ها : خازن، معرفی قطعات، مقاله جامع،


آمار وبلاگ
  • کل بازدید :
  • بازدید امروز :
  • بازدید دیروز :
  • بازدید این ماه :
  • بازدید ماه قبل :
  • تعداد نویسندگان :
  • تعداد کل پست ها :
  • آخرین بازدید :
  • آخرین بروز رسانی :

 
 
تمامی حقوق این وبلاگ محفوظ است |طراحی : پیچک