خازن (Capacitor):

خازن نیز مانند مقاومت، انواع مختلفی دارد. متداول ترین نوع خازن، خازن الکترولیتی و سرامیکی می باشند که قیمت بسیار پایینی دارند البته هرچه ظرفیت خازن و یا ولتاژ کار خازن بیشتر شود، قیمتش نیز بیشتر خواهد شد.

خازنهای سرامیکی ظرفیت بسیار کمی دارند(مشهور ترین نوع خازن سرامیکی خازن عدسی است که شبیه به عدس است).خازنهای لایه فلزی، تانتالیوم(این نوع خازن قیمت بالایی دارد و بسیار سمّی است و به هیچ وجه نباید شکسته شود)،میکا، پلی استیرن، پلی کربنات، پلی پیروپیلن و پلی استر از انواع دیگر خازن هستند.

انواع خازن ها

خازن ثابت:

۱-بدون قطبیت

۲-دارای قطبیت(الکترولیتی)

خازن متغیر :

خازن های بدون قطبیت:این خازن ها در انواع مختلف

۱-خازن های کاغذی

۲-خازن های سرامیکی

۳-خازن های عدسی

۴-خازن تانتالیومی

۵-خازن میکا

۶-خازن روغنی

وغیره می باشد.

خازن های کاغذی: دی الکتریک این نوع خازن ها از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده است که یک دی الکتریک مناسب درون آ ن تزریق می شود. جوشن های این نوع خازن نیز معمولا از جنس آلومینیوم است.این خازن ها دارای ابعاد فیزیکی بزرگی بوده و غالبا دارای ولتاژ کار بالایی می باشند.

خازن های سرامیکی:این نوع خازن ها معمولا دارای روکش سرامیکی می باشند و در ولتاژهای بالا کار می کنند و همچنین در مدار های با فرکانس زیاد از این نوع خازن ها استفاده می نمایند.ظرفیت این خازن ها معمولا بین ۱۰۰PF تا ۰٫۱uF می باشند.

شکل زیر نمونه هایی از خازن های بدون قطبیت را نشان می دهد.

خازن های دارای قطبیت(الکترولیتی): در میان خازن ها بیشترین ظرفیت را خازن های الکترولیتی دارند.ظرفیت زیاد این خازن ها، ناشی از به کار بردن یک لایه دی الکتریک نازک به ضخامت تقریبی یک نانومتر است.چنین لایه ای عملا به وسیله اکسیداسیون آندی یک فلز مناسب تهیه شده و میان صفحات خازن قرار می گیرد و به خاطر همین ضخامت کم لایه دی الکتریک و نزدیک شدن صفحات خازن به یکدیگر، دارای ولتاژ کار کمی می باشد.

خازن های الکترولیتی اکثرا قطبی بوده و دارای کاتد و آند هستند بنابراین هنگام استفاده از آن، پایه های خازن اشتباه وصل نشود. در غیر این صورت واکنش های الکتروشیمیایی درون خازن اتفاق می افتد که باعث معیوب شدن می گردد.

شکل زیر نمونه هایی از خازن دی الکتریک را نشان می دهد.

خازن های الکترولیتی با توجه به مواد دی الکتریک در انواع مختلف ساخته می شوند که هر کدام با توجه به مواد به کار برده شده در آنها دارای مشخصات خاصی هستند.

خازن های متغیر: با تغیر سه عامل می توان ظرفیت خازن را تغیر داد.

۱-فاصله صفحات

۲-سطح مقطع صفحات

۳-نوع دی الکتریک

رایج ترین روش ساخت خازن های متغیر، تغیر سطح مقطع صفحات است.شکل زیر یک نمونه خازن متغیر را نشان می دهد که شامل یک دسته صفحه ثابت و متحرک می باشدکه تمام صفحات متغیر به محور چرخان متصل می باشد و با چرخاندن محور می توان صفحات متحرک را درون صفحات ثابت قرار داد و بدین ترتیب سطح موثر صفحات خازن و ظرفیت آن را افزایش داد. ماکزیمم چرخش محور در خازن های متغیر ۱۸۰ درجه است.

روش دیگری که جهت ساخت خازن متغیر از آن استفاده می شود و بیشتر در سنسورهای خیلی حساس کاربرد دارد روش تغیر دی الکتریک است.به عنوان مثال در سنسور های حساس به گاز شیمیایی و یا دود حاصل از آتش سوزی که باعث تغیر ظرفیت خازن شده و فرمان به صدا در آمدن آژیر خطر و یا فرمان عملیاتی را به سیستم ها می دهند.

معرفی چهار واحد بسیار مشهور:

۱)میلی(m): میلی یعنی هزارم(۳-۱۰). مثلاً وقتی می گوییم یک میلی متر یعنی یک هزارم متر و وقتی می گوییم ده میلی فاراد یعنی ۰۱۰/۰ (۲-۱۰) فاراد.

۲)میکرو(µ): میکرو یعنی میلیونیوم(۶-۱۰). مثلاً ۶/۳µF یعنی ۰۰۰۰۰۶۳/۰ فاراد.

۳)نانو(n): نانو یعنی میلیاردیوم(۹-۱۰). مثلاً ۳nF یعنی ۰۰۰۰۰۰۰۰۳/۰ فاراد.

۴)پیکو(p): پیکو یعنی تریلیونیم(۱۲-۱۰). مثلاً ۶۳pF یعنی ۰۰۰۰۰۰۰۰۰۰۶۳/۰ فاراد.

تشخیص مقدار خازن ها:

در خازنهای الکترولیتی که ظرفیت بسیار بالایی دارند که ظرفیت همه ی آنها بر روی بدنه شان نوشته شده است(بر حسب mF). این نوع خازنها قطبی هستند یعنی دارای سر مثبت و سر منفی هستند که معمولاً سر منفی بر روی بدنه خازن مشخص شده است و باید دقت کرد که سر منفی و مثبت اشتباه وصل نشوند چون در این صورت مایع الکترولیت داخل آن به گاز تبدیل می شود و احتمالاً باعث منفجر شدن خازن می شود و یا از خازن خارج می شود در این صورت ظرفیت خازن تا حد زیادی کم خواهد شد و دیگر خازن به درد نمی خورد.

در خازن های عدسی و پلی استر معمولاً عدد ۱، ۲ یا ۳ رقمی بر روی بدنه آنها درج شده است که مقدار ظرفیت این نوع خازن را مشخص می کنند و نحوه تشخیص ظرفیت بدین صورت است: اگر عدد ۱ یا ۲ رقمی بر روی بدنه این خازنها درج شده بود همان عدد مقدار ظرفیت خازن بر حسب pF (پیکو فاراد) ، و اگر عدد ۳ رقمی بر روی بدنه آنها نوشته شده بود، (مثلاً ۲۲۳) دو رقم سمت چپ را می نویسیم (یعنی ۲۲) و به جای شماره رقم سمت راست صفر می گذاریم (یعنی ۲۲۰۰۰) و این عدد بیانگر مقدار خازن بر حسب pF است.

نکته: بر روی بدنه بعضی از خازنها(ترجیحاً قدیمی) اعداد رنگی مانند مقاومت ها چاپ می شود که مقدار ظرفیت خازن را مشخص می کنند.

***

2-

نحوه خواندن و محاسبه مقدار(کدهای) خازن های عدسی

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 می‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد

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

کد رنگی خازن‌ها

در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌دهند و رنگ چهارم تولرانس(درصد خطا) را نشان می‌دهد . برای مثال قهوه‌ای - مشکی- نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است. خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیکمورد استفاده قرار می‌گیرند. این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می‌شوند و بنابراین هنگام لحیم کاریباید به این نکته توجه داشت.

ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰ تا ۹ به صورت زیر است:

سیاه، قهوه ای، قرمز، نارنجی،زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید

خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازن‌های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار چنین است :

فرض کنیم بخواهیم خازن‌ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً 10 و 20 و 30 و. .. به همین ترتیب. در ابتدا خوب به‌نظر می‌رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می‌دهد ؟

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 مساله معقول به‌نظر نمی‌رسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن‌ها، می‌توان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود. مثلاً7/4 - 47 - 470 و. .. و یا 2/2 - 220 - 2200 و.. .

کد عددی خازن ها

در خازن های الکترولیتی معمولا ظرفیت به صورت یک عدد مشخص با واحد مربوطه اش (pf,nf,,...) در کنار ولتاژ ذخیره سازی (حداکثر ولتاژ که در خازن ذخیره میشود) نوشته شده است.اما در سایر خازن ها یک عدد 3 رقمی به همراه یک حرف انگلیسی(k , jیا m)نوشته شده است.برای محاسبه ی ظرفیت این نوع خازن ها دو عدد اول را در ده به توان عدد سوم ضرب می کنیم که واحد را بر حسب پیکوفاراد به دست می دهد.برای مثال اگر روی خازنی عدد684kنوشته شده باشد به این معنی است که ظرفیت این خازن برابر است با : 10000×68پیکوفاراد یعنی 680 نانو فاراد یا 0.68 میکرو فاراد. و به عبارت ساده تر اگر روی خازنی عدد 103نوشته شده باشد دو عدد اولی(10) را نوشته و بر حسب عدد سوم (3) مقابلش صفر می گذاریم که عدد حاصله (10000)بیانگر ظرفیت خازن بر حسب پیکو فاراد می باشد و در صورت تقسیم این مقدار بر عدد 1000 ظرفیت خازن بر حسب نانو فاراد بدست می آید(10nf).حروف نیز به ترتیب بیانگر خطاهای پنج درصد برای j ده درصد برای k و بیست درصد برای m می باشند.برای اطلاع یافتن از درصد تلرانس سایز حروف ادامه مطلب را مشاهد نمایید.

حروفی مثل j,b,c,...تلرانس(دقت)خازن رو طبق جدول زیر مشخص میکند:

B +/- 0.10%

C +/- 0.25%

D +/- 0.5%

E +/- 0.5%

F +/- 1%

G +/- 2%

H +/- 3%

J +/- 5%

K +/- 10%

M +/- 20%

N +/- 0.05%

P +100% ,-0%

Z +80%, -20%