خازن چیست؟ (بررسی انواع و کاربردها)

خازن یکی از اجزای کلیدی و مهم در الکترونیک و الکتروتکنیک است که از دو سر به نام الکترود ها تشکیل شده و میان آنها یک ماده عایق به نام دی ‌الکتریک قرار دارد. خازن به عنوان قطعه ذخیره ‌ساز انرژی الکتریکی استفاده می شود. این قطعه از مدار های الکتریکی به دلیل ویژگی ‌های خاص خود، در بسیاری از دستگاه های الکترونیکی و الکتریکی از جمله تلفن‌ های همراه، تلویزیون‌ ها، کامپیوتر ها، و دستگاه‌ های بسیار دیگر به عنوان منبع تغذیه فراگیر استفاده می ‌شود.در تعریف ساده تر خازن چیست؟ می توان گفت که انواع خازن، انرژی الکتریکی را ذخیره می‌کنند و به دستگاه اجازه می‌دهند که در زمان نیاز از این انرژی استفاده کند.

علاوه بر این، خازن‌ها در مدار های فیلترینگ استفاده می ‌شوند تا نویز و تداخل‌ های الکتریکی را کاهش دهند. همچنین، در مدار های تقویت‌ کننده و مدار های زمان ‌بندی، خازن‌ ها نقش مهمی دارند. از جمله دلایل مهم اهمیت خازن عبارتند از:

کاربرد	توضیح
ذخیره‌سازی انرژی	ذخیره انرژی الکتریکی برای استفاده در زمان نیاز
فیلترینگ نویز	کاهش نویز و تداخل ‌های الکتریکی در مدار ها
زمان‌بندی و تاخیر	تنظیم زمان‌ها و تاخیرها در مدارات الکترونیکی
تقویت سیگنال	به تنظیم چگونگی انتقال سیگنال الکتریکی کمک می‌کند

در نتیجه، خازن به عنوان یکی از اجزای مهم و کلیدی در ساخت و ساز های الکترونیک و الکتریکی، نقش مهمی در بهبود عملکرد دستگاه ‌ها و تجهیزات الکترونیکی ایفا می‌ کند.

خازن چیست؟

خازن یک وسیله الکتریکی با دو ترمینال است که می تواند انرژی را به شکل بار الکتریکی ذخیره کند. از دو هادی الکتریکی تشکیل شده است که با فاصله از یکدیگر قرار دارند. فضای بین هادی ها ممکن است با خلاء یا یک ماده عایق به نام دی الکتریک پر شود.

در تعریف کامل تر خازن چیست؟ می توان گفت؛ خازن ها از دو الکترود (رسانا ها، اغلب فلزی) ساخته شده اند که توسط یک دی الکتریک (عایق) از هم جدا شده اند. هنگامی که یک سیگنال الکتریکی به یکی از الکترود ها اعمال می شود، انرژی در میدان الکتریکی بین دو الکترود جدا شده ذخیره می شود. مقدار انرژی ذخیره شده را خازن می نامند.

از خازن ها برای حفظ ولتاژ در یک سطح مشخص استفاده می شود. خازن ها در کاهش ضربان ولتاژ مفید هستند. هنگامی که یک ولتاژ بالا به مدار موازی اعمال می شود، خازن شارژ می شود و برعکس، با اعمال ولتاژ پایین تخلیه می شود.

خازن ها به طور گسترده در مدار های الکترونیکی برای مسدود کردن جریان مستقیم استفاده می شوند و در عین حال اجازه عبور جریان متناوب را می دهند. در شبکه های فیلتر آنالوگ، خروجی منابع تغذیه را صاف می کنند. در مدارهای تشدید، رادیوها را روی فرکانس‌های خاصی تنظیم می‌ کنند. در سیستم های انتقال نیروی الکتریکی، ولتاژ و جریان برق را تثبیت می کنند.

برخلاف باتری، خازن یک جزء مدار است که به طور موقت انرژی الکتریکی را از طریق توزیع ذرات باردار روی صفحه ذخیره می کند تا اختلاف پتانسیل ایجاد کند. شارژ شدن یک خازن زمان کمتری نسبت به باتری دارد و می تواند تمام انرژی را خیلی سریع آزاد کند.

انواع خازن

برای درک بهتر خازن چیست؟ باید با انواع آن آشنا شوید. خازن یک باتری کوچک قابل شارژ است که انرژی را به صورت شارژ الکتریکی ذخیره می کند. بر اساس ساختار، دو نوع خازن وجود دارد. خازن ها به ۲ گروه خازن ثابت و متغیر دسته بندی می شوند. خازن های ثابت از مقدار ظرفیت خازنی ثابت و ظرفیت خازن متغیر با مقدار ظرفیت خازنی متغیر تشکیل شده اند. در زیر شرح مختصری از انواع خازن ها و خواص آنها آورده شده است.

خازن متغیر

1. خازن هوا
2. خازن سرامیکی
3. خازن میکا
4. خازن پلاستیکی

خازن ثابت

1. خازن الکترولیتی
2. خازن ورقه ای
3. خازن سرامیکی
4. سایر خازن ها

خازن های سرامیکی

یکی از انواع خازن ها که قابلیت ذخیره بیشترین بار را دارد خازن سرامیکی است. خازن سرامیکی یکی از پرکاربرد ترین خازن ها محسوب می شود.  ماده استفاده شده در این نوع خازن دی الکتریک است.

به خاطر استفاده سرامیک در دی الکتریک به آنها خازن سرامیکی گفته می شود. همچنین خازن های سرامیکی دستگاه های غیر قطبی هستند که به این معنی است که می توان از آنها در هر جهتی در مدار استفاده کرد. خازن های سرامیکی با نام خازن فرکانس بالا نیز شناخته می شود. خازن سرامیکی با توجه به در دسترس بودن، در دو گروه کلی دسته بندی می شود که به شرح زیر است.

1. تغییر دمای سرامیکی
2. قابلیت ذخیره بالا

خازن سرامیکی در یک تقسیم بندی دیگر در سه کلاس یا سطح قرار دارد که با توجه به دما، رانش دما و تحمل دسته بندی می شود. در زیر انواع کلاس خازن سرامیکی را معرفی می کنیم.

• خازن سرامیکی کلاس ۱: این خازن ها از پایدار ترین خازن ها با ویژگی های خطی محسوب می شوند.
• خازن سرامیکی کلاس ۲: این خازن ها از نظر بازده حجمی بهتر عمل می کنند اما دقت و پایداری آنها در خطر است. آنها کاربرد هایی در جفت و جدا سازی پیدا می کنند.
• خازن سرامیکی کلاس ۳: این خازن ها دارای راندمان حجمی بالا با دقت کم و ضریب اتلاف کم هستند. آنها در جدا سازی استفاده می شوند.

کاربرد خازن سرامیکی

خازن های سرامیکی در برد های مدار چاپی استفاده می شوند که در کاربرد های با چگالی بالا استفاده می شوند. غیر قطبی بودن آنها باعث می شود برای استفاده عمومی مناسب باشند. آنها در موتور های DC کاربرد دارند زیرا برای کاهش نویز RF استفاده می شوند. خازن های سرامیکی در ایستگاه های فرستنده که در آن از مدار های تشدید استفاده می شود استفاده می شود.

خازن های سرامیکی کلاس ۱ بیشترین پایداری و کمترین تلفات را دارند. تحمل و دقت بالایی دارند و با تغییرات ولتاژ و دما پایدار تر هستند. خازن های کلاس ۱ برای استفاده به عنوان نوسان ساز، فیلتر و برنامه های کاربردی صوتی مناسب هستند.

بیشتر بخوانید: سنسور چیست؟ 

خازن الکترولیتی

در یک خازن الکترولیتی آند فلزی پوشش داده شده با یک لایه اکسید شده به عنوان دی الکتریک استفاده می شود. این خازن ها پلاریزه هستند. خازن های الکترولیتی بر اساس دی الکتریکشان دسته بندی می شوند.

الکترولیت مایع

• تانتالیوم مرطوب
• الکترولیت آلومینیومی

الکترولیت جامد

• نیوبیم اکسید
• جامد تانتالیوم
• جامد آلومینیوم

کاربرد خازن الکترولیتی

خازن های الکترولیتی زمانی استفاده می شوند که نیاز به ظرفیت خازنی زیاد باشد. آنها به عنوان دستگاه های فیلتر کننده ای استفاده می شوند که ولتاژ ریپل را کاهش می دهند. آنها در تقویت کننده های صوتی برای کاهش نویز الکتریکی که توسط منبع اصلی القا می شود استفاده می شوند. خازن های الکترولیتی برای صاف کردن سیگنال های ورودی و خروجی در سیگنال DC که دارای یک جزء AC ضعیف است استفاده می شود.

سایر خازن ها

در ادامه تعریف خازن چیست؟ به بررسی انواع دیگری از خازن ها نیز خواهیم پرداخت.

خازن کاغذ

خازن کاغذ به عنوان خازن ثابت نیز شناخته می شود که در آن از کاغذ به عنوان ماده دی الکتریک استفاده می شود. مقدار بار الکتریکی ذخیره شده توسط خازن کاغذ ثابت است. از دو صفحه فلزی تشکیل شده است و کاغذی که به عنوان ماده دی الکتریک استفاده می شود بین این صفحات قرار می گیرد.

کاربردهای خازن کاغذی:

این خازن ها در سیستم های فیلتر نویز، کوپلینگ و جداسازی استفاده می شوند. آنها همچنین برای مسدود کردن سیگنال های DC استفاده می شوند تا سیگنال های AC از آنها عبور کنند. حسگر هایی مانند سنسور های رطوبت، سنسور های سطح سوخت و غیره از خازن‌ های کاغذی استفاده می‌ کنند.

خازن میکا

این نوع خازن سطح نسبتاً بالاتری از پایداری را فراهم می کند. آنها همچنین دقت بسیار بالا و همچنین تلفات کم را ارائه می دهند. خازن های نقره ای میکا معمولاً برای کاربرد های RF استفاده می شوند که حداکثر مقادیر ۱۰۰۰ pF را ارائه می دهند.

خازن شیشه ای

این خازن از شیشه به عنوان دی الکتریک استفاده می کند و از این رو نام آن را به خود اختصاص داده است. آنها به دلیل تلفات کم از عملکرد بالایی برخوردار هستند. خازن های شیشه ای قابلیت جریان RF بالایی نیز دارند. خازن های شیشه ای به دلیل ساختار و کاربردشان جزو خازن های گران قیمت بازار محسوب می شوند.

انواع خازن شیشه ای

خازن تانتالیوم

این نوع خازن از نوع پلاریزه در نظر گرفته می شود و ظرفیت خازنی بسیار بالایی دارد. اگر چه زمانی که صحبت از ظرفیت خازنی بالا به میان می آید، عالی هستند.

خازن پلی کربنات

این خازن ها تحمل بسیار بالایی دارند و برای سیستم هایی مناسب هستند که به قابلیت اطمینان بسیار بالا و همچنین عملکرد عالی نیاز دارند. خازن های پلی کربنات به گونه ای طراحی شده اند که مقدار ظرفیت خازنی خود را در طول زمان حفظ کنند. آنها همچنین می توانند در دمایی از -۵۵ درجه سانتیگراد تا +۱۲۵ درجه سانتیگراد پایدار بمانند که محدوده بسیار وسیعی در نظر گرفته می شود.

تفاوت بین خازن و باتری

در بررسی خازن چیست؟ به تفاوت این قطعات با باتری می رسیم. باتری و خازن از نظر ذخیره و رها سازی انرژی الکتریکی شبیه به Ah هستند. اما برخی از تفاوت های کلیدی بین آنها وجود دارد.

باتری وسیله ای الکترونیکی است که انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند تا بار الکتریکی ساکن را برای نیرو فراهم کند، در حالی که خازن جزء الکترونیکی است که انرژی الکترواستاتیک را در میدان الکتریکی ذخیره می کند.

در حالی که تفاوت ‌های دیگری وجود دارد، باتری‌ ها و خازن‌ ها کاربرد های همپوشانی دارند. با این حال، به طور کلی باتری ها چگالی انرژی بالاتری را برای ذخیره سازی فراهم می کنند، در حالی که خازن ها قابلیت شارژ و دشارژ سریع تری دارند.

کاربرد خازن در دستگاه جوش

• کنترل توان: در بعضی دستگاه های جوش، خازن ها برای کنترل توان و توزیع جریان الکتریکی استفاده می شوند. با استفاده از خازن ها، می توان توان الکتریکی را در زمان های مختلف مدیریت کرد و از ایجاد اتصالات الکتریکی ناگهانی جلوگیری کرد.
• بررسی فرکانس: در برخی سیستم های جوش، خازن ها برای فیلتر کردن و پویش فرکانس های مختلف کاربرد دارند. این کار به بهبود کیفیت و عملکرد جوش کمک می کند.
• حفاظت و تنظیم: خازن ها می توانند در مدارات جوش به عنوان یک قطعه  محافظتی استفاده شوند. آن ها می توانند از نوسانات و اختلالات الکتریکی موقتی جلوگیری کرده کنند.

به طور کلی با توجه به این کاربردها، استفاده از خازن ها در دستگاه های جوش به بهبود کارایی، کاهش خطرات الکتریکی و افزایش دقت و کیفیت جوش کمک می کند.

خازن های مورد استفاده در اینورتر جوشکاری

در دستگاه های جوش اینورتر، استفاده از خازن های مختلف برای تنظیم و تثبیت جریان الکتریکی و ولتاژ بسیار مهم است. در اینورترها، مهم ترین خصوصیات خازن ها عبارت اند از ظرفیت، ولتاژ کاری، و خاصیت تحمل نسبت به فرکانس های بالا. به همین علت سه نوع خازن زیر بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد

خازن های الکترولیتی:

این خازن ها بر پایه واکنش های شیمیایی کار می کنند و معمولاً ظرفیت بالایی دارند. مزایای آنها شامل ظرفیت بالا و اندازه کوچکتر نسبت به خازن های دیگر با ظرفیت مشابه است. از آنها برای فیلتر کردن جریان، تثبیت ولتاژ و کاهش نویز استفاده می شود.

خازن های پلی استر:

این نوع خازن ها از دی الکتریک پلاستیکی ساخته شده اند و در فرکانس های بالا عملکرد خوبی دارند. مزایای آنها شامل پایداری در مقابل تغییرات دما و ولتاژ کاری بالا است. معمولاً در مدارهای فرکانس بالا و کاربردهایی که به دقت و پایداری بالا نیاز دارند مورد استفاده قرار می گیرند.

خازن های تانتالیوم:

این خازن ها از فلز تانتالیوم به عنوان الکترود استفاده می کنند و ظرفیت بالایی دارند. مزایای آنها شامل ظرفیت بالا در حجم کوچک و پایداری در مقابل تغییرات دما است. به ویژه در مدارهایی که به ظرفیت بالا در فضای کوچک نیاز دارند، مانند اینورترها و تجهیزات الکترونیکی پیچیده، مورد استفاده قرار می گیرند.

کلام آروا:

در این مقاله به معرفی و توضیح خازن چیست؟ کاربردهای اساسی آن و اهمیت آن در الکترونیک و الکتریک پرداختیم. خازن به عنوان یک قطعه کلیدی در مدار های الکترونیکی و الکتریکی نقش اساسی دارد. این عنصر انرژی الکتریکی را ذخیره کرده و در زمان نیاز تخلیه می‌ کند. علاوه بر این، خازن‌ ها به کاهش نویز، زمان‌ بندی، تاخیر و تقویت سیگنال نیز کمک می‌ کنند. با توجه به این نقش چند گانه و اهمیت آن در صنعت الکترونیک، خازن ‌ها یکی از اجزای بنیادی در طراحی و تولید دستگاه‌ ها و مدار های الکترونیکی محسوب می‌ شوند.

برای کسب اطلاعات بیشتر و دریافت مشاوره های رایگان می توانید با همکاران ما در تماس باشید.