خازن چیست و انواع آن

تاریخچه خازن

ایوالد گئورگ فون کلایست از پومرانیای آلمانی در سال 1745 دریافت که با اتصال یک مولد الکترواستاتیکی با ولتاژ بالا توسط یک سیم با حجم آب موجود در یک شیشه کوچک میتوان بار ذخیره کرد ؛ دست فون کلایست و آب موجود در شیشه به عنوان هادی عمل میکردند و شیشه به عنوان یک دی الکتریک (اگرچه ، جزئیات مکانیسم ، به غلط در آن زمان تعریف شده بود) فون کلایست متوجه شد که تماس با سیم ، منجر به ایجاد جرقهٔ قدرتمندی می‌شود که بسیار دردناکتر بود از آنچه که از یک دستگاه الکترواستاتیک بدست آمد . سال بعد، فیزیکدانی هلندی به نام پیتر فان موشن بروک ، خازن مشابهی اختراع کرد که بطری لیدن نامیده شد. نام آن از دانشگاه لیدن گرفته شد که موشن‌ بروک در آنجا کار می‌کرد . او همچنین تحت تأثیر قدرت شوکی که دریافت کرد قرار گرفت و نوشت : « من حتی در ازای پادشاهی فرانسه ، در معرض شوک دوم قرار نمی‌گیرم ».

دانیل گرالاث اولین کسی بود که چندین بطری را به‌ طور موازی ردیف کرد تا ظرفیت ذخیره شارژ را افزایش دهد . بنجامین فرانکلین بطری لیدن را مورد بررسی قرار داد و دریافت که این بار در شیشه ذخیره شده‌است ، نه در آب ، آنگونه که دیگران فرض کرده بودند . همچنین او بود که اصطلاح « باتری » را به کار برد (اشاره دارد به اینکه با ردیفی از واحدهای مشابه ، نیرو افزایش می‌یابد آنگونه که درآتشبار است) ، متعاقباً این نام برایسلول های الکتروشیمیایی به کار برده شد . بعدها برای ساختن بطری‌های لیدن ، سطح داخلی و خارجی بطری‌ ها را با فویل فلزی می‌پوشاندند و برای جلوگیری از ایجاد جرقه بین فویل‌ها ، دهانه شیشه را خالی می‌گذاشتند . اولین واحد ظرفیت خازن‌ها ، جار (بطری) بود که معادل است با حدود ۱٫۱۱ نانو فاراد .

بطری‌ های لیدن یا دستگاه‌ های قدرتمند تری که از صفحات شیشه‌ ای مسطح در تناوب با فویل‌ های رسانا ساخته می‌شدند ، منحصراً در حدود سال ۱۹۰۰ مورد استفاده قرار گرفتند ، آن هم‌ زمانی که اختراع بی سیم ( رادیو ) تقاضا برای خازن‌ های استاندارد را به وجود آورد و حرکت مداوم به سمت فرکانس های بالاتر به خازن‌هایی با ضریب خودالقایی پایین نیاز داشت . سپس، ساختارهای جمع و جورتری استفاده شدند ، به‌طور مثال ، ورق‌های دی‌الکتریک منعطف ( مانند کاغذهای روغنی ) را بین ورق‌ های فویل فلزی قرار می‌ دادند و آن را درون یک بسته کوچک می‌ پیچاندند یا تا می‌کردند.

خازن‌های اولیه به عنوان خازن شناخته می‌ شدند ، اصطلاحی که امروزه هنوز هم به‌ خصوص در برنامه‌ های پرقدرت مانند سیستم‌های اتومبیل از آن استفاده می‌شود . این اصطلاح برای اولین بار برای Alessandro Volta در سال ۱۷۸۲ توسط این هدف استفاده شد ، با اشاره به توانایی دستگاه برای ذخیرهٔ چگالی بیشتر بار الکتریکی نسبت به هادی ایزوله ای امکان‌پذیر است . این اصطلاح به دلیل معنی مبهم کندانسور بخار مستهلک شد و خازن از سال ۱۹۲۶ به عنوان توصیه شده تبدیل شد .

از ابتدای مطالعه مواد غیر رسانا الکتریکی مانند شیشه ، چینی ، کاغذ و میکا به عنوان عایق استفاده شده‌ است . این مواد چند دهه بعد برای استفاده بیشتر به عنوان دی الکتریک برای اولین خازن‌ها نیز مناسب بودند . خازن‌های کاغذ ساخته شده با ساندویچ کردن نوار کاغذ آغشته شده بین نوارهای فلزی و چرخاندن نتیجه به داخل استوانه معمولاً در اواخر قرن 19 مورد استفاده قرار می‌گرفتند . تولید آنها از سال ۱۸۷۶ آغاز شد ، و از اوایل قرن ۲۰ به عنوان جدا کننده خازن در ارتباطات از راه دور (تلفن) استفاده شد .

پرسلن ( فراورده‌های سرامیکی شیشه‌ ای و سفید اعم از لعابدار و بدون لعاب که برای مصارف فنی بکار می‌رود ) در اولین خازن‌ های سرامیکی مورد استفاده قرار گرفت . در سال‌های اولیه دستگاه انتقال بیسیم مارکونی از خازن‌های پرسلن چینی برای ولتاژ بالا و فرکانس بالا در فرستنده‌ ها استفاده می‌شد . از طرف گیرنده از خازن‌های میکا کوچکتر برای مدارهای رزونانس استفاده شد . خازن‌های دی الکتریک میکا در سال ۱۹۰۹ توسط ویلیام دوبیلیر اختراع شد . قبل از جنگ جهانی دوم ، میکا رایج‌ ترین دی الکتریک برای خازن‌ها درایالات متحده بود.

چارلز پولاک ( متولد کارول پولاک ) ، مخترع اولین خازن‌های الکترولیتی ، فهمید که لایه اکسید روی یک آند آلومینیوم حتی در هنگام خاموش شدن برق در یک الکترولیت خنثی یا قلیایی پایدار می‌ماند . در سال ۱۸۹۶ به ایالات متحده ثبت اختراع شماره ۶۷۲٫۹۱۳ را برای « خازن مایع برقی با الکترودهای آلومینیومی » اعطا کرد . در اوایل دهه ۱۹۵۰ خازنهای تانتالیوم الکترولیتی جامد توسط آزمایشگاه های بل به عنوان یک خازن پشتیبانی کم ولتاژ کوچک و مطمئن تر برای تکمیل ترانزیستور تازه اختراع شده خود اختراع شدند .

با توسعه مواد پلاستیکی توسط شیمی دانان ارگانیک در طول جنگ جهانی دوم ، صنعت خازن شروع به جایگزینی کاغذ با فیلم‌ های پلیمری نازک‌ تر کرد . یکی از پیشرفت های اولیه در خازن های فیلم در ثبت اختراعات ۵۸۷٬۹۵۳ در انگلیس در سال ۱۹۴۴ توصیف شد .

خازن‌های دو لایه الکتریکی (در حال حاضر ابررسانا ها) در سال ۱۹۵۷ اختراع شدند که H. Becker یک "خازن الکترولیتی ولتاژ کم با الکترودهای کربن متخلخل" تولید کرد . او معتقد بود که این انرژی به عنوان بار در منافذ کربن مورد استفاده در خازن او و همچنین در منافذ پوسته‌های چوبی خازن‌های الکترولیتی ذخیره می‌شود . از آنجا که مکانیسم لایه دوتایی در آن زمان توسط وی شناخته نشده بود ، در این ثبت اختراع نوشت : "دقیقاً مشخص نیست که در صورت استفاده برای ذخیره انرژی ، در این جزء چه اتفاقی می‌افتد ، اما به ظرفیت بسیار بالایی منجر می‌شود .

خازن فلزی- اکسید و نیمه هادی (خازن MOS) از ساختار ترانزیستور اثر میدان فلزی- اکسید - نیمه هادی (MOSFET) سرچشمه می‌گیرد ، جایی که خازن MOS توسط دو اتصالات p-n در کنار هم قرار دارد . ساختار MOSFET توسط محمد م. آتلا و داون کهنگ در آزمایشگاه‌های بل در سال ۱۹۵۹ اختراع شد . خازن MOS بعداً به عنوان خازن ذخیره‌سازی در تراشه‌های حافظه مورد استفاده قرار گرفت ، و به عنوان بلوک ساختمان اصلی دستگاه همراه با شارژ (CCD) در فناوری حسگر تصویر استفاده می‌شود. در حافظه دستیابی تصادفی پویا (DRAM) ، هر سلول حافظه به‌ طور معمول از یک خازن MOSFET و MOS تشکیل می‌شود .

خازن چیست ؟

خازِن ، انباره یا کاپاسیتور ( به انگلیسی : Capacitor ) وسیله الکتریکی است که می‌تواند بار الکتریکی ( و بنابراین انرژی الکتریکی ) را در خود ذخیره کند . انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارد اما همه آن‌ها شامل دست کم دو هادی هستند که توسط یک عایق ، از یکدیگر جدا شده‌اند .نام این هادی‌ها صفحات خازن است . صفحات خازن می‌توانند از جنس رسانا مانند فلز یا آب نمک باشند . عایق دی الکتریک نیز لایه‌ ای عایق است که بین صفحات خازن قرار می‌گیرد و ظرفیت خازن را افزایش می‌دهد ، و جنس آن می‌تواند از شیشه ، هوا ، سرامیک ، پلاستیک ، میکا ، کاغذ و … باشد .

خازن‌ها کاربردهای وسیعی دارند . آن‌ها به همراه مقاومت‌ها ، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند . همچنین از خازن‌ ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود . از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود ؛ زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنال‌ های متناوب را عبور می‌دهند ولی مانع عبور سیگنال‌ های مستقیم می‌شوند .

خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند .

با توجه به این‌که بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود ، برای ایجاد میدان‌های الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد . خازن‌ها می‌توانند میدان‌های الکتریکی را در حجم‌های کوچک نگه دارند ؛ به علاوه می‌توان از آن‌ها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد .

به صورت خلاصه میتوان گفت : خازن وسیله الکتریکی بوده و دارای دو پایه ( ترمینال ) هستند که وظیفه آن مانند باتری ذخیره انرژی الکتریکی است ولی نحوه کار آن کمی متفاوت تر است . خازن ها الکترون های جدید تولید نمیکنند و تنها میتوانند آنها را ذخیره کنند .

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

نماد خازن در مدار های الکترونیکی

ظرفیت خازن

نسبت بار ذخیره شده در خازن به اختلاف پتانسیل دو سر خازن را ظرفیّت خازن می‌نامند. آن را با C نمایش داده و واحد آن فاراد است. نماد خازن دارای دو خط است که در امتداد هم هستند.

ظرفیت خازن معیاری برای اندازه‌ گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است . هرچه ظرفیت یک خازن بیشتر باشد ، خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است . ظرفیت خازن‌ها یک کمیت فیزیکی‌ است و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد .

واحد اندازه گیری ظرفیت خازن در SI کولن بر ولت بوده که آن را فاراد ( F ) می‌نامند . یک فاراد یکای بسیار بزرگی است و در عمل ، ظرفیت اکثر خازن‌های متداول در محدودهٔ میلی فاراد (mF)، میکرو فاراد ( µF )، نانو فاراد( nF ) و پیکو فاراد ( pF ) است.

نسبت مقدار باری که روی صفحات خازن انباشته می‌شود ( $Q$ ) بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری ( $V$ ) را ظرفیت خازن ( $C$ ) گویند ؛ یعنی ( $C={\frac {Q}{V}}$ . در خازن‌ های تخت ( که دو صفحهٔ خازن ، دو صفحه رسانای موازی با مساحت $A$ است که به فاصله $d$ از یکدیگر قرار گرفته‌ اند ) ظرفیت برابر است با ( $C=\kappa \varepsilon _{0}{\frac {A}{d}}$ .

انرژی خازن

وقتی صفحه‌های خازن دارای بار الکتریکی می‌شوند ، در خازن انرژی نیز ذخیره می‌شود ؛ مثلاً در هنگام شارژ شدن خازن توسط باتری ، دائماً باری جزئی از یک صفحهٔ خازن جدا و به همان اندازه به صفحهٔ دیگر منتقل می‌شود ؛ بنابراین طی این فرایند ، باتری روی خازن کار انجام می‌دهد و این کار به صورت انرژی درون خازن ذخیره می‌شود ؛

بنابراین $U_{C}={\frac {1}{2}}VQ={\frac {1}{2}}CV^{2}={\frac {1}{2}}{\frac {Q^{2}}{C}}$

به عبارت ساده انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ( ۲۲۰ ) ولتی می‌تواند یک مصرف‌کننده ( ۶۷۲۲ ) وات را به مدت یک ساعت روشن کند.

${\mbox{24200 W.s}}=\,\mathrm {\frac {1}{2}} {{1F\times 220V}^{2}}$

و یا انرژی ذخیره شده در یک خازن یک فارادی ( ۱۲ ) ولتی می‌تواند یک مصرف‌کننده ( ۰/۰۲ ) وات را به مدت یک ساعت روشن کند (مثلاً یک LED لامپ ۲۰ میلی وات).

${\mbox{72 W.s}}=\,\mathrm {\frac {1}{2}} {{1F\times 12V}^{2}}$

ساختمان خازن

ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:

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 می‌دهند . 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 می‌شود. 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 دی‌الکتریک اکسید آلومینیوم ۷ می‌باشد ؛ بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم ۷ برابر خاصیت عایقی هوا است . در واقع دی الکتریک با ایجاد میدانی در خلاف جهت میدان موجود در بین صفحات خازن به خازن اجازه ذخیره بار بیشتر بدون فروشکست را می‌دهد.

انواع خازن

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

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های ثابت

این خازن‌ها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند . خازن‌های ثابت را بر اساس نوع ماده دی‌الکتریک به کار رفته در آن‌ها تقسیم‌ بندی و نام‌ گذاری می‌کنند و از آن‌ها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازن‌ ها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( 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 مدار های الکتریکی برای راه اندازی یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند . بقیه خازن‌های ثابت دارای ویژگی‌های خاصی هستند .

انواع خازن‌های ثابت:
- سرامیکی
- خازن‌های ورقه‌ای
- خازن‌های میکا
- خازن‌های الکترولیتی
- آلومینیومی
- تانتالیوم

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های سرامیکی

انواع مختلف خازن سرامیکی ( به انگلیسی : Ceramic capacitor ) معمول ترین 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 به وجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آن‌ها بالا خواهد بود . ظرفیت خازن‌های سرامیکی معمولاً بین ۲ پیکو فاراد تا ۱/۰ میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی ( عدسی ) و استوانه‌ ای تولید می‌شود و بسامد کار خازن‌های سرامیکی بالای ۱۰۰ مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازن‌ها وابسته بودن ظرفیت آن‌ها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند . از این خازن در مدارهای الکتریکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های ورقه ای

در خازن‌های ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها، برای دی‌ الکتریک استفاده می‌شود . این گروه از خازن‌ها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازن های کاغذی

دی‌الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی‌الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری ازتبخیر دی‌الکتریک درون کاغذ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذناپذیر قرار می‌دهند. خازن‌های کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی‌الکتریک عایق آن‌ها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازن‌ها آن است که در ولتاژها و جریان‌های زیاد می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.

خازن های پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی ( آلومینیومی ) به صورت لوله، در درون قاب پلاستیکی بسته‌بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازن‌ها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارهای زیادی به کار می‌روند. این خازن‌ها نسبت به تغییرات دما حساسیت چندانی ندارند ، به همین سبب از آن‌ها در مدارهایی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی‌الکتریک‌هایی که در این خازن‌ها به کار می‌رود پلی استایرن (به انگلیسی : Polystyrene) است، از این رو به این خازن‌ها « پلی استر » گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازن‌های پلاستیکی است. ماکزیمم بسامد کار خازن‌های پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکنا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازن‌های میکا تقریباً بین ۰/۰۱ تا ۱ میکرو فاراد است. از ویژگی‌های اصلی و مهم این خازن‌ها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالارا نام برد.

خازن های 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 دی‌الکتریک این خازن‌ها از یک واکنش شیمیایی بین یک الکترولیت رسانا و یکی از صفحات خازن ایجاد می‌شود . این واکنش در اولین بار شارژ شدن خازن در کارخانه اتفاق می‌افتد . در این واکنش یکی از صفحات خازن اکسید شده و این لایه اکسید وظیفه دی الکتریک را انجام می‌دهد . الکترود دیگر و الکترولیت رسانای بین الکترود ها با همدیگر الکترود دیگر خازن را تشکیل می‌دهند . نازک بودن لایه اکسید باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شود . این خازن‌ها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند و اگر در مدار این قطبیت رعایت نشود لایه اکسید فلز دوباره احیا شده و دو الکترود خازن اتصال کوتاه شده و خازن رسانا می‌شود که می‌تواند باعث گرم شدن الکترولیت و سپس تبخیر آن شده که خود باعث انفجار خازن می‌شود . روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت – نوشته شده‌است . مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آن‌ها نیز روی بدنه درج شده‌است . خازن‌های الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند . یکی از کاربردهای گسترده این نوع خازن استفاده در مدار یکسو ساز دیودی به عنوان فیلتر dc است .

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های آلومینیومی ( SMD )

این خازن همانند خازن‌های ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده‌ است . یکی از این ورقه‌ ها که لایه اکسید بر روی آن ایجاد می‌شود « آند » نامیده می‌شود 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 همزمان پیچیده شده و سیم‌های اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند . پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ ور می‌سازند 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 می‌گذرد محکم بسته می‌شود .

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود. زیاد بودن ثابت دی‌الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم ( حدوداً ۳ برابر ) سبب می‌شود خازن‌های تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی در حجم 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 می‌توان 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 د شارژ زیاد را ندارند
خازن‌های تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند ( حداکثر تا ۳۳۰ میکرو فاراد ساخته می‌شوند )

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .

خازن های متغییر

به‌طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغییر داد : « فاصله صفحات »، « سطح صفحات » و « نوع دی‌الکتریک ». اساس کار خازن متغییر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی‌الکتریک است ، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد . خازن‌ های متغیر عموماً از نوع عایق هوا یا پلاستیک هستند . نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود « متغیر ( Variable ) » نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچگوشتی صورت می‌ گیرد که به آن « تریمر » گویند . محدوده ظرفیت خازن‌های متغیر ( Variable ) ۱۰ تا ۴۰۰ پیکو فاراد و در خازن‌های تریمر از ۵ تا ۳۰ پیکو فاراد است . از این خازن‌ها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود .

در مدارهای تیونینگ رادیویی از این خازن‌ ها استفاده می‌شود و به همین دلیل به این خازن‌ ها گاهی خازن تیونینگ هم گفته می‌شود . ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود ۱۰۰ تا ۵۰۰ پیکوفاراد است و به دلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند ، در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم ، این عمل به کمک مقاومت انجام می‌شود .

خازن‌های متغیر
- متغیر (Variable)
- تریمر

خازن های تریمر

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

ابر خازن ها

این نوع خازن‌ها دارای ظرفیت بسیار زیاد از ۱ فاراد تا چند KF(کیلو فاراد) می‌باشند و در ساخت آن‌ها از فناوری نانو استفاده شده‌است . یکی از کاربردهای این نوع خازن ، کاهش زمان شارژ باتری‌های اتومبیل‌ های برقی می‌باشد ( که اصلی‌ترین مشکل خودرو های برقی می‌باشد )

خازن ها براساس شکل ظاهری آنها

خازن مسطح (خازن تخت)
خازن کروی
خازن استوانه ایی

خازن های مسطح

خازن‌های مسطح از دو صفحه هادی که بین آن‌ها عایق یا دی‌الکتریک قرار دارد تشکیل می‌شوند. صفحات هادی نسبتاً بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک این نوع خازن‌ ها انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود ، معرفی می‌گردد . این ضریب را ضریب دی‌ الکتریک می‌نامند . برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک‌ دانه عدس می‌باشند .

انواع خازن‌ها بر اساس دی‌ الکتریک آن‌ها

خازن سرامیکی
خازن با صفحات عایق پلاستیکی و الکترولیتی
خازن با لایه عایق اکسید فلز ( مثل اکسید آلومینیوم ، تانتالیوم ، نایوبیوم )
خازن با عایق از عناصر طبیعی ( مثل هوا ، شیشه ، میکا ، گاز SF6 یا سولفور هگزاکلراید ، کاغذ ، خلأ و … )

کاربرد خازن ها در مدارهای دیجیتال و آنالوگ

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 می‌شود ولی در مدارهای آنالوگ از خازن جهت ایزوله کردن (جدا ساختن) دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می‌شود . خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه ورود یا خروج می‌دهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می‌کند و اجازه ورود یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی‌دهد .

شارژ کردن خازن ها

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

وقتی که یک خازن بی‌بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترون ها در مدار جاری می‌شوند . بدین ترتیب یکی از صفحات بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند . آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند . خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود ؛ یعنی وجود اینکه کلید همچنان بسته‌ است ، ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد ؛ 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 می‌گردد ؛ یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند . در این حالت می‌گوییم خازن پرشده‌است .

دی شارژ کردن خازن ها

ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم . دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم . در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است . پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد ؛ یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده‌است .

تاثیر ماده دی الکتریک

وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن به وجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتم‌های عایقی که در بین صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دوقطبی های موجود در عایق طوری شکل‌گیری کنند ؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمع یابند . توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند ، بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد ؛ یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق ، بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند ؛ و همین‌طور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند ؛ بنابراین با افزایش ثابن دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد . با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد .

میدان الکتریکی درون خازن تخت

در فضای بین صفحات خازن باردار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است . اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد و از فرمول زیر بدست می‌آید :

$E={\frac {V}{d}}$

که در آن:

E: میدان الکتریکی
V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن
d: فاصله بین دو صفحه خازن

میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد .

اصل و ساختار اساسی خازن ها

ساختار اصلی یک خازن دو الکترود (صفحات فلزی ) است که در یک فاصله با یکدیگر مخالف هستند . هنگامی که یک ولتاژ DC (V) به 2 الکترود اعمال می شود ، الکترون ها فوراً روی یکی از الکترودها جمع می شوند که دارای بار منفی است و الکترود دیگر در حالت الکترون ناکافی و دارای بار مثبت است . این حالت حتی پس از حذف ولتاژ DC نیز ادامه دارد . یعنی بار الکتریکی (Q) بین دو الکترود جمع می شود . یک دی الکتریک ( سرامیک ، فیلم پلاستیکی و غیره ) بین الکترودها وارد می شود و بار الکتریکی انباشته شده به دلیل قطبش دی الکتریک افزایش می یابد . شاخصی که نشان می دهد که یک خازن چقدر بار انباشته شده است ، ظرفیت ( C ) نامیده می شود ( به آن ظرفیت گفته می شود ).

به هم بستن خازن ها

خازن‌ها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند :

موازی
متوالی (سری)

به صورت موازی

در شکل زیر خازن‌هایی که موازی به هم متصل شده‌اند مشاهده میکنید

در بستن به روش موازی ، بین خازن‌ها دو نقطه اشتراک وجود دارد . در این روش :

اختلاف پتانسیل برای همهٔ خازن‌ها یکی است
بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها

( طرز تشخیص این نوع بستن خازن آن است که دو خازن را هنگامی متوالی گویند که فقط و فقط از یک طرف مستقیماً به هم وصل باشند و انشعابی بین آن دو نباشد ) تعریف انشعاب : هرگاه سه سیم یا بیشتر در یک نقطه بهم متصل باشند و به جاهای دیگر از مدار وصل باشند مثلاً به یک خازن دیگر یا مقاومت دیگر یا سیم دیگری از مدار وصل باشند ؛ آن گاه می‌گوییم انشعاب وجود دارد وگرنه سیمی که انشعاب گرفته شود و به جایی از مدار وصل نباشد دیگر انشعاب نیست .

برای خرید انواع خازن ها میتوانید با کلیک بر روی کلمه خازن به صفحه مربوطه انتقال یابید .