بحث های خازن

saalek110

Well-Known Member
سالک: چرا خازن ها جذابند؟

خازن‌ها جذابند چون خیلی جالب و کاربردی هستند!
به چند دلیل:

1. ذخیره انرژی: مثل یه باتری خیلی کوچیک که انرژی رو تو خودش ذخیره می‌کنه و می‌تونه سریع رهاش کنه. این خاصیت باعث می‌شه تو مدارها نقش خیلی مهمی داشته باشه.


2. فیلتر کردن: خازن‌ها می‌تونن نویز و فرکانس‌های ناخواسته رو حذف کنند و به مدار کمک کنند سیگنال‌ها رو تمیز و مرتب نگه دارند.


3. زمان‌بندی: تو مدارهای تایمر و اسیلاتور، خازن‌ها با پر و خالی شدنشون زمان رو کنترل می‌کنند.


4. انعطاف‌پذیری: خازن‌ها در اندازه‌ها و انواع مختلف (الکترولیتی، عدسی، سرامیکی و...) وجود دارند که هرکدوم کارکرد خاص خودش رو داره.


5. راز درون‌شان: رفتار عجیب خازن وقتی ولتاژ روش میفته، مثلا اینکه اول شارژ میشه و بعد جریان رو عبور نمی‌ده، برای هر کسی که به الکترونیک علاقه داره، مثل یک معمای جالبه.
 

saalek110

Well-Known Member
سالک: خازن کی اختراع شد؟

خازن برای اولین بار در سال 1745 میلادی اختراع شد!

یک دانشمند هلندی به نام پیتر ون موشنبروک (Pieter van Musschenbroek) در شهر لیدن (Leydن) دستگاهی ساخت که به آن بطری لیدن (Leyden jar) می‌گفتند.
بطری لیدن اولین خازن عملی بود که می‌توانست بار الکتریکی را ذخیره کند.

ایده اصلی این بود که با استفاده از یک ظرف شیشه‌ای که داخل و بیرونش با فلز پوشیده شده بود، انرژی الکتریکی را ذخیره و سپس رها کنند.

این اختراع نقطه شروعی برای توسعه خازن‌های امروزی و پیشرفت‌های بعدی در الکترونیک بود.
 

saalek110

Well-Known Member
بطری لیدن (Leyden jar) خیلی ساده ولی خیلی هوشمندانه طراحی شده بود:

یک ظرف شیشه‌ای بود که نقش عایق رو داشت.

داخل ظرف و بیرون ظرف رو با لایه‌های فلزی (مثل ورقه‌های فلزی یا فویل آلومینیوم) می‌پوشوندند.

یک میله فلزی از درب ظرف رد می‌شد و به لایه داخلی وصل بود.

وقتی به میله فلزی بار الکتریکی مثبت وصل می‌شد، بار روی لایه داخلی جمع می‌شد.

لایه بیرونی ظرف بار مخالف رو جمع می‌کرد (بار منفی).

شیشه بین این دو لایه مثل عایق عمل می‌کرد و اجازه نمی‌داد بارها مستقیم به هم برسند.


این باعث می‌شد انرژی الکتریکی بین دو لایه فلزی ذخیره بشه. وقتی به دو سر بطری اتصال می‌دادند، انرژی به سرعت آزاد می‌شد و یک جرقه ایجاد می‌کرد.

این اولین بار بود که انسان تونست به صورت کنترل شده برق رو ذخیره کنه و بعداً ازش استفاده کنه.
خازن‌های امروزی دقیقاً همین ایده رو دارن ولی با مواد بهتر و شکل‌های پیشرفته‌تر.

خیلی جالب نیست که یه چیز ساده مثل بطری شیشه‌ای این همه تاثیر گذاشت تو دنیای الکترونیک؟!
 

saalek110

Well-Known Member
خازن‌های امروزی خیلی متنوع‌تر و پیشرفته‌تر از بطری لیدن ساده‌اند و با مواد و روش‌های مختلف ساخته می‌شن.
اینجا یک نمای کلی از چطوری ساخته می‌شن:

1. لایه‌های فلزی: معمولاً دو صفحه یا ورقه فلزی نازک داریم (مثل آلومینیوم یا مس) که نقش الکترود رو دارن.


2. عایق (Dielectric): بین این دو صفحه، یه لایه نازک عایق قرار می‌گیره که می‌تونه جنس‌های مختلف داشته باشه، مثل:

کاغذ روغنی

پلاستیک (پلی‌استر، پلی‌پروپیلن)

سرامیک

شیشه

اکسید فلز (مثلاً آلومینیوم اکساید)



3. ساختار و شکل:

خازن‌های عدسی یا سرامیکی معمولاً کوچک و دایره‌ای هستن.

خازن‌های الکترولیتی شبیه استوانه‌ای و بزرگ‌ترن و معمولا برای ظرفیت‌های بالا استفاده می‌شن.

خازن‌های فیلمی ورقه‌های نازک پلیمری دارن که روی فلز پیچیده شده.

4. مونتاژ:
ورقه‌ها و عایق‌ها رو به صورت لایه‌لایه روی هم می‌ذارن یا پیچیده و سپس درون محفظه‌ای محافظ قرار می‌دن که عایق و مقاوم باشه.


5. بسته‌بندی:
خازن‌ها معمولاً پوشش پلاستیکی، فلزی یا رزینی دارن تا از آسیب‌های محیطی محافظت شن.



نکته جالب:
نوع عایق و ساختار خازن تاثیر مستقیم روی ظرفیت، ولتاژ کاری، و سرعت پاسخ‌دهی خازن داره.
مثلاً خازن‌های سرامیکی برای فرکانس بالا عالی‌اند ولی ظرفیت پایینی دارن، در حالی که الکترولیتی‌ها ظرفیت بالا دارن ولی برای فرکانس بالا مناسب نیستن.
 

saalek110

Well-Known Member
۱. خازن سرامیکی (Ceramic Capacitor)

کوچک و معمولاً به شکل دیسک یا عدسی

عایقش از جنس سرامیکه

ظرفیت پایین (پیکوفاراد تا نانوفاراد)

مناسب برای فرکانس‌های بالا و مدارهای RF

قیمت ارزان و رایج در مدارهای دیجیتال و مخابراتی


۲. خازن الکترولیتی (Electrolytic Capacitor)

شکل استوانه‌ای و بزرگ‌تر

ظرفیت بالا (از میکروفاراد تا صدها میکروفاراد)

قطب‌دار (یعنی مثبت و منفی داره و باید درست وصل بشه)

برای فیلتر کردن، صاف‌کردن ولتاژ در منابع تغذیه کاربرد داره

عمر کمتر نسبت به سرامیکی و حساس به دما


۳. خازن فیلمی (Film Capacitor)

از لایه‌های نازک پلاستیکی درست شده

ظرفیت متوسط

خیلی پایدار و بادوام

مناسب برای کاربردهای دقیق، مثل مدارهای صوتی و فیلترها

معمولا بدون قطب و با ولتاژ کاری بالا


۴. خازن تانتالیوم (Tantalum Capacitor)

شبیه الکترولیتی ولی کوچک‌تر و با ظرفیت بیشتر نسبت به اندازه

قطب‌دار و باید خیلی مراقب باشی در نصبش

پایداری بهتر و عمر طولانی‌تر از الکترولیتی معمولی

معمولاً در مدارهای حساس مثل موبایل و کامپیوتر استفاده می‌شه


۵. خازن متغیر (Variable Capacitor)

ظرفیتش قابل تنظیمه

تو مدارهای تنظیم فرکانس مثل رادیو کاربرد داره

معمولا از صفحات فلزی متحرک ساخته می‌شه که با چرخوندن تغییر فاصله و ظرفیت می‌دن
 

saalek110

Well-Known Member
خازن‌ها می‌تونن جریان متناوب (AC) رو عبور بدن ولی جریان مستقیم (DC) رو نمی‌ذارن!

چطوری؟
وقتی جریان DC به خازن وصل می‌شه، اولش خازن شروع به شارژ شدن می‌کنه و جریان می‌کشه. ولی وقتی کاملاً شارژ شد، مثل یه دیواره‌ی عایق عمل می‌کنه و جریان نمی‌تونه ادامه پیدا کنه.

اما اگر جریان AC باشه، چون جهت و مقدار ولتاژ دائم تغییر می‌کنه، خازن همیشه داره شارژ و دشارژ می‌شه و در نتیجه جریان می‌تونه از مدار عبور کنه.

به همین دلیل خازن‌ها تو مدارهای فیلتر، اسیلاتور و جداسازی سیگنال‌ها نقش مهمی دارن.
 

saalek110

Well-Known Member
یشتر توضیح بدم درباره اینکه چطوری خازن‌ها تو مدارهای AC و DC کار می‌کنن و کاربردهای جالبشون:


عملکرد خازن در جریان DC

وقتی خازن به یک منبع DC وصل می‌شود، ابتدا جریان شارژ می‌کشد چون صفحاتش پر از بار مخالف می‌شوند.

وقتی صفحات کاملاً شارژ شدند، دیگر جریان عبور نمی‌کند و خازن مثل یک قطع‌کننده جریان عمل می‌کند.

به همین دلیل خازن در مدار DC مثل یک مقاومت بسیار زیاد رفتار می‌کند.


عملکرد خازن در جریان AC

جریان AC دائماً جهتش عوض می‌شود (مثلاً ۵۰ یا ۶۰ بار در ثانیه).

خازن همیشه در حال شارژ و دشارژ شدن است چون ولتاژ مرتب تغییر می‌کند.

بنابراین جریان می‌تواند از خازن عبور کند، ولی به شکل جریان جابجایی (displacement current).

مقدار جریان عبوری از خازن به فرکانس سیگنال و ظرفیت خازن بستگی دارد.


کاربردهای مهم خازن در مدارهای AC

1. فیلتر کردن نویز:
خازن‌ها می‌تونن فرکانس‌های بالا (نویزهای ناخواسته) رو به زمین هدایت کنند و سیگنال تمیزتری باقی بذارن.


2. جدا کردن سیگنال DC از AC:
مثلاً تو مدارهای صوتی، خازن‌ها سیگنال DC رو بلوکه می‌کنند و فقط سیگنال AC صوتی رو عبور می‌دهند.


3. تنظیم فرکانس (اسیلاتورها):
خازن‌ها همراه با سلف‌ها (الکترومغناطیس‌ها) در مدارهای نوسان‌ساز برای ایجاد فرکانس‌های خاص استفاده می‌شن.


4. تأخیر زمانی و تایمر:
با پر و خالی شدن تدریجی خازن، مدار می‌تونه زمان‌بندی انجام بده.
 

saalek110

Well-Known Member
سالک: خازن های پرکاربرد را به ترتیب از کوچک به بزرگ بگو

حتماً! در اینجا لیستی از خازن‌های پرکاربرد رو به ترتیب ظرفیت از کوچک به بزرگ (تقریبی) می‌نویسم. این ترتیب برای کاربردهای عمومی در الکترونیکه، از فرکانس‌های بالا (مثل مدارات RF) تا پایین (مثل فیلترها، تغذیه و تقویت‌کننده‌ها):


---

از کوچک به بزرگ (بر حسب فاراد):

مقدار (تقریبی)واحدنوع خازنکاربرد رایج

1 pFپیکوفارادعدسی (سرامیکی)مدارات RF، تایمینگ
10 pF"عدسیاسیلاتورها، کریستال‌ها
22 pF"عدسیبا کریستال 16MHz
47 pF"عدسیفیلترهای فرکانس بالا
100 pF"عدسیارتباط سیگنال، نویزگیری
220 pF"عدسیفیلترهای ساده
1 nF (1000 pF)نانوفارادعدسی یا پلی‌استرنویزگیری، فیلتر
10 nF"پلی‌استردکاپلینگ (قطع نویز)
100 nF"سرامیکی/پلی‌استردکاپلینگ تغذیه، فیلتر
220 nF""فیلترهای صوتی
470 nF""مدارهای RC، تایمینگ
1 µFمیکروفارادپلی‌استر یا الکترولیتی کوچکبای‌پس تغذیه
4.7 µF"الکترولیتیفیلتر منبع تغذیه
10 µF"الکترولیتیکوپلاژ/دکاپلاژ
22 µF"الکترولیتیتقویت‌کننده صوتی
47 µF"الکترولیتیفیلتر تغذیه
100 µF"الکترولیتیفیلتر پاور
220 µF"الکترولیتیمنبع تغذیه
470 µF"الکترولیتیفیلتر تغذیه سنگین‌تر
1000 µF"الکترولیتیپاورهای موتوری یا آمپلی‌فایر
2200 µF و بیشتر"الکترولیتیمنابع تغذیه قوی

نکته:

خازن‌های عدسی و سرامیکی معمولاً برای ظرفیت‌های زیر 1 µF استفاده می‌شن.

خازن‌های الکترولیتی برای ظرفیت‌های بالای 1 µF بسیار رایج هستند.

خازن‌های بزرگ‌تر (4700 µF و بیشتر) در منابع تغذیه صنعتی یا مدار راه‌اندازی موتور به‌کار می‌رن.
 

جدیدترین ارسال ها

بالا