کتاب

توضیح مختصر:

این کتاب شامل معرفی خازن ها و بانک خازنی و کاربردهای آنها میباشد

عنوان کامل: کتاب -خازن و کاربردهای آن- در 58صفحه-word

دسته بندی: دانشگاهی » سایر موارد

اطلاعات

  • فرمت فایل دانلودی: zip
  • فرمت فایل اصلی: DOCX.WORD
  • تعداد صفحه: 58
  • حجم: 761 کیلوبایت

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.

با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می توان از خازن استفاده کرد. خازنها می توانند میدانهای الکتریکی را در حجم های کوچک نگه دارند؛ به علاوه می توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد.

ظرفیت خازن

ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی ست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد.

واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. ۱ فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می باشد. بنابراین استفاده از واحدهای کوچک تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد (µF)، نانوفاراد (nF) و پیکوفاراد (pF) واحدهای کوچک تر فاراد هستند.

نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن (C) گویند؛ که مقداری ثابت است.

در این رابطه:

  • C= ظرفیت خازن بر حسب فاراد
  • Q= بار ذخیره شده برحسب کولن
  • V= اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
  • ε0= قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با:
  • k(بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن ۱
  • A= سطح خازن بر حسب
  • d=فاصله بین دو صفه خازن بر حسب متر(m)

چند نکته

  • آزمایش نشان می دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد.
  • بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد.
  • ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد.
  • ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K) نسبت مستقیم دارد.

به عبارت ساده انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ۲۲۰ ولتی می تواند یک مصرف کننده ۶،۷۲۲ وات بر ساعت را به مدت یک ساعت روشن کند .

و یا انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ۱۲ ولتی می تواند یک مصرف کننده ۰،۰۲ وات بر ساعت را به مدت یک ساعت روشن کند ( مثلا یک LED لامپ ۲۰ میلی وات ) .

ساختمان خازن

یک نمایش ساده از خازنی با صفحه های موازی

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می شود:

  • صفحات هادی
  • عایق بین هادیها ( دی الکتریک )

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 ۱ و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است.

انواع خازن

خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم اند.

خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می شود. از جمله این خازنها می توان انواع سرامیکی، میکا، ورقه ای (کاغذی و پلاستیکی)، الکترولیتی، روغنی، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

  • خازنهای ثابت:
    • سرامیکی
    • خازنهای ورقه ای
    • خازنهای میکا
    • خازنهای الکترولیتی
    • آلومینیومی
    • تانتالیوم

خازنهای سرامیکی

خازن سرامیکی (به انگلیسی : Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولاً بین ۵ پیکو فاراد تا ۱/۰ میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه ای تولید می شود و بسامد کار خازنهای سرامیکی بالای ۱۰۰ مگا هرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می شود.

خازنهای ورقه ای

در خازنهای ورقه ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها، برای دی الکتریک استفاده می شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می شوند:

خازنهای کاغذی

دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده 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 نفوذناپذیر قرار می دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می شود. ورقه های پلاستیکی همراه با ورقه های نازک فلزی ( آلومینیومی ) به صورت لوله، 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، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریک هایی که در این خازنها به کار می رود پلی استایرن (به انگلیسی :Polystyrene) است، از این رو به این خازنها «پلی استر» گفته می شود که از جمله رایج ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم بسامد کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع خازن از ورقه های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه های فلزی – آلومینیوم) استفاده می شود و در پایان، مجموعه در یک محفظه قرار داده می شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریباً بین 0/01 تا ۱ میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می توان داشتن ولتاژ کار بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.

خازنهای الکترولیتی

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، خازن شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می کنند که در عمل، حالت یک کاتالیزور را دارا می باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می شوند. برخلاف خازنهای عدسی، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است. خازن های الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می شوند. یکی از کاربردهای گسترده این نوع خازن استفاده در مدار یکسوساز دیودی بعنوان فیلتر dc است.

خازن آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه ها که لایه اکسید بر روی آن ایجاد می شود «آند» نامیده می شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه های آلومینیومی متصل می شوند. پس از پیچیدن ورقه ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می بخشد غوطه ور می سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می گذرد محکم بسته می شود.

خازن تانتالیوم

خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می شود. زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدوداً ۳ برابر) سبب می شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

  • ابعاد کوچکتر
  • جریان نشتی کمتر
  • عمر کارکرد طولانی

از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

  • خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند
  • نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند
  • قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند
  • خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا ۳۳۰ میکرو فاراد ساخته می شوند)

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می توان ظرفیت خازن را تغیییر 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 خازن دارد. خازنهای متغیر عموماً ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می شود «واریابل» نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می گیرد که به آن «تریمر» گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می شود.

در مدارات تیونینگ رادیویی 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 ۱۰۰ تا ۵۰۰ پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پایین 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 به کمک مقاومت انجام می شود.

  • خازنهای متغیر
    • واریابل
    • تریمر

خازن های تریمر

خازن های تریمر خازن های متغیر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن ها از حدود ۱ تا ۱۰۰ پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می گیرند. این خازن ها معمولاً دارای ۳ پایه هستند که نوع ۲ پایه عملاً فرقی در مونتاژ ندارد.

انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها

  • خازن مسطح (خازن تخت)
  • خازن کروی
  • خازن استوانه ای

خازن مسطح

خازنهای مسطح از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد تشکیل می شوند. صفحات هادی نسبتاً بزرگ هستند و در فاصله ای بسیار نزدیک به هم قرار می گیرند. دی الکتریک این نوع خازن ها انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می شود، معرفی می گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می نامند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می باشند.

انواع خازن ها بر اساس دی الکتریک آن ها

مواد به کار رفته در خازن. از چپ: سرامیک چندلایه، دیسک سرامیکی، فیلم پلی استر چندلایه، سرامیکی لوله ای، یونولیت ، فیلم پلی استر متالیزه شده، الکترولیتی آلمینیوم.

  • خازن کاغذی
  • خازن الکترونیکی
  • خازن سرامیکی
  • خازن متغیر

کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ

در مدارهای دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کنندهٔ انرژی استفاده می کنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دی شارژ می شود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن (جداساختن) دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می شود. خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می کند و اجازه ورود یا خروج می دهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می کند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی دهد.

شارژ یا پر کردن یک خازن

یک مدار خازنی-مقاومتی ساده که چگونگی شارژ خازن را نمایش می دهد.

وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترون ها در مدار جاری می شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می کند. آن صفحه ای که به قطب مثبت باتری وصل شده؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می شود. یعنی وجود اینکه کلید همچنان بسته است، ولی جریانی از مدار عبور نمی کند و در واقع جریان به صفر می رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی کند. در این حالت می گوییم خازن پرشده است.

دشارژ یا تخلیه یک خازن

ابتدا خازنی را که پر است در نظر می گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می شود و این جریان تا زمانی

عبارات و جملات کلیدی

خازن, capacitor, بانک خازنی, فاراد, برق, الکترونیک, ظرفیت فاراد, برق و قدرت, خازن خشک برق, الکترونیک, توان راکتیو, اکتیو, الکترونیک, فاراد, ظرفیت خازنی

خرید فایل

ارسال شده در