خازن های قطبی و غیر قطبی - تفاوت آنها چیست. خازن چیست؟از خواص خازن این طرح استفاده می شود

پس از اینکه تقسیم اجسام به رسانا و نارسانا ایجاد شد و آزمایش‌ها با ماشین‌های الکترواستاتیک گسترده شد، تلاش برای «انباشته شدن» بارهای الکتریکی در نوعی ظرف شیشه‌ای که بتواند آنها را ذخیره کند، کاملاً طبیعی بود. در میان بسیاری از فیزیکدانانی که درگیر چنین آزمایشاتی بودند، مشهورترین پروفسور هلندی اهل لیدن، Muschenbroek (Muschenbreck) (1692-1761) بود.

او (در سال 1745) با علم به اینکه شیشه جریان الکتریسیته را رسانا نمی‌کند، یک ظرف شیشه‌ای پر از آب برداشت، یک سیم مسی که روی هادی ماشین الکتریکی آویزان بود در آن انداخت و با گرفتن کوزه در دست راستش، پرسید. دستیار او برای چرخاندن ماشین های توپ. در همان زمان، او به درستی فرض کرد که بارهای وارد شده از هادی در یک ظرف شیشه ای جمع می شود.

بعد از اینکه احساس کرد تعداد کافی شارژ در کوزه جمع شده است، تصمیم گرفت سیم مسی را با دست چپش جدا کند. در همان زمان، او یک ضربه محکم را احساس کرد، به نظر می رسید که "پایان رسیده است." او در نامه‌ای به رئومور در پاریس (در سال 1746) نوشت که "به شما توصیه می‌کنم این تجربه جدید و وحشتناک را تکرار نکنید" و "حتی به خاطر تاج و تخت فرانسه او نمی‌خواهد چنین شوک وحشتناکی را متحمل شود." "

اینگونه بود که کوزه لیدن (به نام شهر لیدن) اختراع شد و به زودی اولین خازن ساده، یکی از رایج ترین وسایل الکتریکی.

آزمایش Muschenbruck نه تنها در بین فیزیکدانان، بلکه در بین بسیاری از آماتورهای علاقه مند به آزمایش های الکتریکی نیز یک حس واقعی ایجاد کرد.

مستقل از موشنبروک، در همان سال 1745، دانشمند آلمانی E.G. نیز به ساخت کوزه لیدن رسید. کلایست. فیزیکدانان کشورهای مختلف شروع به انجام آزمایشات با کوزه لیدن کردند و در سال های 1746-1747. اولین تئوری های کوزه لیدن توسط دانشمند مشهور آمریکایی بی. فرانکلین و نگهبان کابینه فیزیک، انگلیسی W. Watson ایجاد شد. جالب است بدانید که واتسون به دنبال تعیین سرعت انتشار الکتریسیته با «دویدن» آن در 12000 فوت بود.

یکی از مهم ترین پیامدهای اختراع کوزه لیدن، ایجاد نفوذ تخلیه های الکتریکی بر بدن انسان بود که منجر به تولد الکتروپزشکی شد.

آزمایش Muschenbruck در حضور پادشاه فرانسه توسط Abbot Nollet تکرار شد. او یک زنجیر متشکل از 180 نگهبان را تشکیل داد که دست در دست داشتند، اولین نفر قوطی را در دست داشت و آخرین آن سیم را لمس کرد و جرقه ای کشید. این ضربه در یک لحظه توسط همه احساس شد. دیدن انواع ژست ها و شنیدن فریاد آنی ده ها نفر کنجکاو بود.» از این زنجیره سربازان، اصطلاح "مدار الکتریکی" نشات گرفته است.

به تدریج، طراحی کوزه لیدن بهبود یافت: آب با گلوله جایگزین شد و سپس سطح بیرونی با صفحات سربی نازک پوشانده شد. بعداً سطوح داخلی و خارجی با فویل قلع پوشانده شد و قوطی ظاهر مدرن خود را به دست آورد.

هنگام انجام تحقیقات با کوزه، مشخص شد (در سال 1746 توسط انگلیسی B. Wilson) که مقدار الکتریسیته جمع آوری شده در کوزه با اندازه آسترها و با ضخامت ستون عایق نسبت معکوس دارد. در دهه 70 قرن هجدهم صفحات فلزی نه با شیشه، بلکه با یک شکاف هوا از هم جدا شدند - بنابراین ساده ترین خازن ظاهر شد.

با توجه به مواد

خازن ها نیز مانند مقاومت ها از پرشمارترین عناصر دستگاه های مهندسی رادیو هستند. درباره برخی از خواص خازن- "ذخیره سازی" قبلاً در مورد بارهای الکتریکی صحبت کرده ام. در همان زمان او گفت که ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود، هر چه مساحت صفحات آن بزرگتر باشد و لایه دی الکتریک بین آنها نازکتر باشد.

واحد اصلی ظرفیت الکتریکی فاراد است (به اختصار F، نامگذاری شده به نام فیزیکدان انگلیسی M. Faraday. با این حال، 1 F - این یک ظرفیت بسیار بزرگ است. به عنوان مثال، ظرفیت کره زمین کمتر از 1 فارنهایت است. در مهندسی برق و رادیو از یک واحد ظرفیت معادل یک میلیونم فاراد استفاده می شود که به آن میکروفاراد (مخفف μF) می گویند. 1,000,000 میکروفاراد در یک فاراد وجود دارد، یعنی 1 میکروفاراد = 0.000001 F. اما این واحد ظرفیت اغلب خیلی بزرگ است. بنابراین، یک واحد حتی کوچکتر از ظرفیت به نام پیکوفاراد (به اختصار pF) وجود دارد که یک میلیونیم میکروفاراد است، یعنی 0.000001 µF. 1 µF = 1,000,000 pF. همه خازن‌ها، اعم از ثابت یا متغیر، عمدتاً با ظرفیت‌هایشان مشخص می‌شوند که به ترتیب در پیکوفاراد و میکروفاراد بیان می‌شوند.

در نمودارهای مدار، ظرفیت خازن ها از 1 تا 9999 pF با اعداد صحیح مربوط به ظرفیت خازن آنها در این واحدها بدون نام pF و ظرفیت خازن ها از 0.01 μF (10000 pF) و بیشتر نشان داده می شود.— در کسری از میکروفاراد یا میکروفاراد بدون تعیین μF. اگر ظرفیت خازن برابر با عدد صحیح میکروفاراد باشد، بر خلاف تعیین ظرفیت خازن در پیکوفاراد، یک کاما و یک صفر بعد از آخرین رقم قابل توجه قرار می گیرند. نمونه هایی از تعیین ظرفیت خازن در نمودارها: C1 = 47 مربوط به 47 pF است، C2 = 3300 مربوط به 3300 pF است. C3 = 0.47 مربوط به 0.047 µF (47000 pF) است. C4 = 0.1 مربوط به 0.1 μF است. C5 = 20.0 مربوط به 20 µF است.

یک خازن در ساده ترین شکل خود از دو صفحه تشکیل شده است که توسط یک دی الکتریک از هم جدا شده اند. اگر یک خازن به مدار DC متصل شود، جریان در این مدار قطع می شود. بله، این قابل درک است: جریان مستقیم نمی تواند از طریق عایق، که دی الکتریک خازن است، عبور کند. گنجاندن خازن در مدار DC معادل شکستن آن است (لحظه روشن شدن را در نظر نمی گیریم، زمانی که یک جریان شارژ کوتاه مدت خازن در مدار ظاهر می شود). این نحوه رفتار خازن در مدار جریان متناوب نیست. به یاد داشته باشید: قطبیت ولتاژ در پایانه های منبع AC به طور دوره ای تغییر می کند. این بدان معنی است که اگر یک خازن را در مداری قرار دهید که از چنین منبع جریانی تغذیه می شود، صفحات آن به طور متناوب در فرکانس این جریان شارژ می شوند. در نتیجه جریان متناوب در مدار جریان می یابد.

یک خازن مانند یک مقاومت و یک سیم پیچ در برابر جریان متناوب مقاومت ایجاد می کند، اما برای جریان های فرکانس های مختلف متفاوت است. می تواند جریان های فرکانس بالا را به خوبی عبور دهد و در عین حال تقریباً عایق جریان های فرکانس پایین باشد. به عنوان مثال، رادیو آماتورها گاهی اوقات از سیم های شبکه روشنایی برق به جای آنتن های خارجی استفاده می کنند و گیرنده ها را از طریق یک خازن با ظرفیت 220 به آنها متصل می کنند.– 510 pF. آیا این خازن تصادفی انتخاب شده است؟ نه تصادفی نیست خازن با چنین ظرفیتی جریان های فرکانس بالا را به خوبی عبور می دهد که برای عملکرد گیرنده ضروری است، اما مقاومت زیادی در برابر جریان متناوب با فرکانس 50 هرتز در شبکه دارد. در این حالت خازن به نوعی فیلتر می شود که جریان فرکانس بالا را می گذراند و جریان فرکانس پایین را مسدود می کند.

ظرفیت خازن نسبت به جریان متناوب به ظرفیت خازن و فرکانس جریان آن بستگی دارد: هرچه ظرفیت خازن و فرکانس جریان بیشتر باشد، ظرفیت خازن کمتر است. این مقاومت خازن را می توان با دقت کافی با استفاده از فرمول ساده شده زیر تعیین کرد

RC = 1/6fC
π (به طور دقیق تر 6.28، از آن زمانπ = 3.14).

که در آن RC ظرفیت خازن است، اهم. f - فرکانس جریان، هرتز؛ C ظرفیت این خازن، F است. رقم 6 - مقدار 2 به واحدهای کامل گرد شده استπ (به طور دقیق تر 6.28، از آن زمانπ = 3.14).

با استفاده از این فرمول، بیایید دریابیم که اگر از سیم های برق به عنوان آنتن استفاده کنیم، خازن در رابطه با جریان های متناوب چگونه رفتار می کند. فرض کنید که ظرفیت این خازن 500 pF (500 pF = 0.0000000005 F) است. فرکانس شبکه 50 هرتز بیایید 1 مگاهرتز (1000000 هرتز) را به عنوان فرکانس حامل متوسط ​​ایستگاه رادیویی در نظر بگیریم که با طول موج 300 متر مطابقت دارد. این خازن چه مقاومتی در برابر فرکانس رادیویی دارد؟

Rc = = 1/(6·1000000·0.0000000005) ~=300 اهم.

جریان متناوب چطور؟

Rc = 1/(6·50·0.0000000005) ~ = 7 MOhm.

و نتیجه این است: یک خازن با ظرفیت 500 pF مقاومت 20000 برابر کمتری در برابر جریان فرکانس بالا نسبت به جریان فرکانس پایین ارائه می دهد. با جدیت؟ یک خازن با ظرفیت کمتر مقاومت بیشتری را در برابر جریان متناوب شبکه ایجاد می کند.

ظرفیت خازن نسبت به جریان متناوب با افزایش ظرفیت و فرکانس جریان کاهش می یابد و بالعکس با کاهش ظرفیت و فرکانس جریان آن افزایش می یابد.

خاصیت خازن برای عبور نکردن جریان مستقیم و هدایت جریان های متناوب فرکانس های مختلف به روش های مختلف برای جداسازی جریان های ضربانی به اجزای آنها، حفظ جریان های برخی فرکانس ها و جریان های عبوری فرکانس های دیگر استفاده می شود.

خازن های ثابت چگونه ساخته می شوند؟

همه خازن های با ظرفیت ثابت دارای صفحات رسانا هستند و بین آنها - سرامیک، میکا، کاغذ یا سایر مواد دی الکتریک جامد. بر اساس نوع دی الکتریک مورد استفاده، خازن ها را به ترتیب سرامیک، میکا یا کاغذ می نامند. ظاهر برخی از خازن های ثابت سرامیکی در شکل 1 نشان داده شده است. 1

برنج. 1. خازن های خازن ثابت سرامیکی

آنها از سرامیک های مخصوص به عنوان دی الکتریک، با صفحات استفاده می کنند— لایه‌های نازکی از فلز نقره‌کاری شده روی سطح سرامیک‌ها قرار گرفته‌اند و سرب‌ها سیم‌ها یا نوارهای برنجی با روکش نقره هستند که به صفحات لحیم شده‌اند. محفظه های خازن با لعاب در بالا پوشیده شده است.

رایج‌ترین خازن‌های سرامیکی از نوع KDK (خازن دیسک سرامیکی) و KTK (خازن لوله‌ای سرامیکی) هستند: برای خازن‌های نوع KTK، یک صفحه به سطح داخلی و دومی به سطح بیرونی یک لوله سرامیکی دیواره نازک اعمال می‌شود. گاهی اوقات خازن های لوله ای در "موردهای" چینی مهر و موم شده قرار می گیرند. با کلاهک های فلزی در انتها این خازن های نوع KGK هستند.

خازن های سرامیکی ظرفیت نسبتاً کمی دارند - تا چند هزار پیکوفاراد. آنها در مدارهایی قرار می گیرند که در آن جریان با فرکانس بالا (مدار آنتن، مدار نوسانی) برای ارتباط بین آنها جریان می یابد.

برای به دست آوردن یک خازن با اندازه کوچک، اما با ظرفیت نسبتاً بزرگ، آن را نه از دو، بلکه از چندین صفحه ساخته شده است که توسط یک دی الکتریک روی هم چیده شده و از یکدیگر جدا شده اند (شکل 2). در این حالت هر جفت صفحه مجاور یک خازن را تشکیل می دهد. با اتصال موازی این جفت صفحه، خازن با ظرفیت قابل توجهی به دست می آید.

برنج. 2. خازن های میکا

تمام خازن های دارای دی الکتریک میکا به این صورت طراحی می شوند. بشقاب هاشون— صفحات ورقه های فویل آلومینیومی یا لایه هایی از نقره هستند که مستقیماً روی میکا قرار گرفته اند و سرنخ ها تکه هایی از سیم با روکش نقره هستند. چنین خازن هایی با پلاستیک قالب گیری می شوند. اینها خازن های KSO هستند. نام آنها حاوی شماره ای است که شکل و اندازه خازن ها را مشخص می کند، به عنوان مثال: KSO-1، KSO-5. هرچه این عدد بیشتر باشد، اندازه خازن بزرگتر است. برخی از خازن های میکا در جعبه های سرامیکی و ضد آب تولید می شوند. به آنها خازن های نوع SGM می گویند. ظرفیت خازن های میکا از 47 تا 50000 pF (0.05 μF) متغیر است. مانند انواع سرامیکی، آنها برای مدارهای فرکانس بالا و همچنین برای استفاده به عنوان قفل و ارتباط بین مدارهای فرکانس بالا در نظر گرفته شده اند.

در خازن های کاغذی (شکل 3)، دی الکتریک کاغذ نازک آغشته به پارافین است و صفحات فویل. نوارهای کاغذی همراه با روکش ها به شکل رول در می آیند و در جعبه مقوایی یا فلزی قرار می دهند. هرچه صفحات پهن تر و بلندتر باشند، ظرفیت خازن بیشتر می شود.

برنج. 3. خازن های کاغذ و کاغذ فلزی با ظرفیت ثابت

خازن های کاغذی عمدتاً در مدارهای فرکانس پایین و همچنین برای مسدود کردن منابع تغذیه استفاده می شوند. انواع مختلفی از خازن ها با دی الکتریک کاغذی وجود دارد. و همه آنها حرف B (کاغذ) را در نام خود دارند. خازن های نوع BM (کاغذ کوچک) در لوله های فلزی محصور شده اند که در انتهای آن با یک رزین مخصوص پر شده است.

خازن های KB دارای جعبه های استوانه ای مقوایی هستند. خازن‌های نوع KBG-I در محفظه‌های چینی با کلاهک‌های انتهایی فلزی متصل به صفحاتی قرار می‌گیرند که گلبرگ‌های باریک سرب از آن بیرون می‌آیند.

خازن هایی با ظرفیت تا چند میکروفاراد در کیس های فلزی تولید می شوند. این خازن ها شامل خازن های KBG-MP، KBG-MN، KBGT هستند. ممکن است دو یا سه مورد از آنها در یک ساختمان وجود داشته باشد.

دی الکتریک خازن های نوع MBM (Metal-paper Small-sized) کاغذ خازن لاکی است و صفحات لایه های فلزی با ضخامت کمتر از یک میکرون در یک طرف کاغذ رسوب کرده است. ویژگی بارز خازن های این نوع— توانایی خود ترمیم پس از خرابی الکتریکی دی الکتریک.

گروه خاصی از خازن های با ظرفیت ثابت خازن های الکترولیتی هستند (شکل 4).

برنج. 4. خازن های الکترولیتی

از نظر ساختار داخلی، یک خازن الکترولیتی تا حدودی یادآور خازن کاغذی است. این شامل دو نوار فویل آلومینیومی است. سطح یکی از آنها با لایه نازکی از اکسید پوشیده شده است. بین نوارهای آلومینیومی نواری از کاغذ متخلخل آغشته به مایع غلیظ خاصی وجود دارد.— الکترولیت این نوار چهار لایه رول شده و در یک فنجان یا کارتریج استوانه ای آلومینیومی قرار می گیرد.

دی الکتریک خازن یک لایه اکسید است. صفحه مثبت (آند) نواری است که دارای یک لایه اکسید است. به گلبرگ جدا شده از بدن متصل است. کاغذ دوم، صفحه منفی (کاتد)، آغشته به الکترولیت از طریق نواری که روی آن لایه اکسیدی وجود ندارد، به بدنه فلزی متصل می شود. بنابراین، بدن یک پایانه منفی است و گلبرگ جدا شده از آن است ترمینال صفحه مثبت خازن الکترولیتی. به طور خاص، خازن های انواع KE و K50-3 اینگونه طراحی می شوند. خازن های KE-2 با خازن های نوع KE فقط در بوش پلاستیکی با رزوه و مهره برای نصب بر روی پانل تفاوت دارند. محفظه های آلومینیومی خازن های K50-3 به شکل کارتریج با قطر 4.5 است.– 6 و طول 15-20 میلی متر. نتیجه گیری— سیم خازن های نوع K50-6 به طور مشابه طراحی شده اند. اما پایانه های الکترود آنها (صفحات) از محفظه ها جدا شده است.

در نمودارهای مدار، خازن های الکترولیتی مانند سایر خازن های خازن ثابت - با دو " نشان داده می شوند. خط تیره، اما علامتی را نزدیک رو به مثبت قرار دهید« + » .

خازن های الکترولیتی ظرفیت های زیادی دارند— از کسری تا چند هزار میکروفاراد. آنها برای استفاده در مدارهایی با جریان های ضربانی، مانند فیلترهای یکسو کننده AC، برای جفت شدن بین مدارهای فرکانس پایین طراحی شده اند. در این حالت، الکترود منفی خازن به قطب منفی مدار وصل می شود و مثبت— با قطب مثبتش اگر قطبیت سوئیچینگ رعایت نشود، خازن الکترولیتی ممکن است از کار بیفتد.

ظرفیت اسمی خازن های الکترولیتی روی کیس آنها نوشته شده است. ظرفیت واقعی ممکن است به طور قابل توجهی بیشتر از ظرفیت اسمی باشد.

مهمترین ویژگی هر خازن علاوه بر ظرفیت خازنی، ولتاژ نامی آن نیز می باشد، یعنی ولتاژی که خازن می تواند برای مدت طولانی بدون از دست دادن خواص خود کار کند. این ولتاژ به خواص و ضخامت لایه دی الکتریک خازن بستگی دارد. خازن های سرامیکی، میکا، کاغذ و کاغذ فلزی در انواع مختلف برای ولتاژ نامی 150 تا 1000 ولت یا بیشتر طراحی شده اند.

خازن های الکترولیتی در ولتاژ نامی از چندین ولت تا 30 تولید می شوند– 50 ولت و از 150 تا 450 – 500 ولت از این نظر به دو گروه کم ولتاژ و فشار قوی تقسیم می شوند. خازن های گروه اول در مدارهای با ولتاژ نسبتا پایین و خازن های گروه دوم استفاده می شوند.— در مدارهایی با ولتاژ نسبتا بالا.

هنگام انتخاب خازن برای طرح های خود، همیشه به ولتاژ نامی آنها توجه کنید. در مدارهایی با ولتاژ کمتر از نامی، خازن ها را می توان روشن کرد، اما در مدارهایی با ولتاژ بالاتر از ولتاژ نامی، نمی توان آنها را روشن کرد. اگر ولتاژی در صفحات خازن بیش از ولتاژ نامی آن باشد، دی الکتریک از بین می رود. خازن خراب غیر قابل استفاده است.

حالا در مورد خازن های متغیر.

ساختار ساده ترین خازن متغیر در شکل 1 نشان داده شده است. 5. یکی از آستر آن - استاتور ثابت است روتور دوم— به محور متصل شده است. هنگامی که محور می چرخد، ناحیه همپوشانی صفحات و همراه با آن ظرفیت خازن تغییر می کند.

برنج. 5. ساده ترین خازن متغیر

خازن های متغیر مورد استفاده در مدارهای نوسانی تنظیم شده گیرنده ها از دو گروه صفحه (شکل 6، الف) ساخته شده از ورق آلومینیوم یا برنج تشکیل شده است. صفحات روتور توسط یک محور به هم متصل می شوند. صفحات استاتور نیز به روتور متصل و جدا شده اند. با چرخش محور، صفحات گروه استاتور به تدریج وارد شکاف های هوایی بین صفحات گروه روتور شده و باعث می شود که ظرفیت خازن به آرامی تغییر کند. هنگامی که صفحات روتور به طور کامل از شکاف بین صفحات استاتور جدا می شوند، ظرفیت خازن کوچکترین است. به آن ظرفیت اولیه خازن می گویند. هنگامی که صفحات روتور به طور کامل بین صفحات استاتور قرار می گیرند، ظرفیت خازن بزرگترین خواهد بود، یعنی حداکثر برای یک خازن معین. حداکثر ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود، هر چه صفحات آن بیشتر باشد و فاصله بین صفحات متحرک و ثابت کمتر باشد.

در خازن های نشان داده شده در شکل. 5 و 6، الف، دی الکتریک هوا است. در خازن های متغیر با اندازه کوچک (شکل 6، ب)، دی الکتریک می تواند کاغذ، فیلم پلاستیکی یا سرامیک باشد. چنین خازن هایی را خازن های متغیر دی الکتریک جامد می نامند. با ابعاد کوچکتر از خازن های دی الکتریک هوا، می توانند حداکثر ظرفیت قابل توجهی داشته باشند. این خازن ها هستند که برای تنظیم مدارهای نوسانی گیرنده های ترانزیستوری کوچک استفاده می شوند.

برنج. 7. یکی از طرح های بلوک خازن های متغیر

خازن های منفرد و بلوک های خازن های متغیر با دی الکتریک هوا نیاز به جابجایی دقیق دارند. حتی خم شدن جزئی یا آسیب های دیگر به صفحات منجر به اتصال کوتاه بین آنها می شود. اصلاح همان صفحات خازن- موضوع پیچیده ای است.

خازن های دارای دی الکتریک جامد نیز شامل خازن های تنظیم کننده هستند که نوعی خازن متغیر هستند. اغلب از چنین خازن هایی برای تنظیم مدارها به رزونانس استفاده می شود، به همین دلیل است که آنها را خازن تنظیم می نامند. طرح های رایج ترین خازن های تنظیم در شکل نشان داده شده است. 8. هر کدام از آنها از یک پایه سرامیکی نسبتاً عظیم و یک دیسک سرامیکی نازک تشکیل شده است. در سطح پایه (زیر دیسک) و روی دیسک، لایه های فلزی به صورت سکتورها اعمال می شود که صفحات خازن هستند. هنگامی که دیسک حول محور خود می چرخد، ناحیه همپوشانی بخش ها-صفحات تغییر می کند و ظرفیت خازن تغییر می کند.

ظرفیت خازن های تنظیم بر روی کیس آنها به صورت یک عدد کسری نشان داده می شود که در آن صورت کوچکترین و مخرج بزرگترین ظرفیت خازن است. اگر مثلاً 6/30 روی یک خازن نشان داده شده باشد، به این معنی است که کوچکترین ظرفیت آن 6 pF و بزرگترین آن 30 pF است. خازن های تریمر معمولاً کمترین ظرفیت را دارند 2 – 5 pF و بالاترین تا 100– 150 pF برخی از آنها مانند KPK-2 می توانند به عنوان خازن های متغیر برای پیکربندی گیرنده های تک مدار ساده استفاده شوند.

خازن ها مانند مقاومت ها می توانند به صورت موازی یا سری به هم متصل شوند. خازن های اتصال اغلب در مواردی استفاده می شود که هیچ خازن با مقدار مورد نیاز در دسترس نباشد، اما خازن های دیگری وجود دارد که می توان از آنها خازن مورد نیاز را ایجاد کرد. اگر خازن ها را به صورت موازی وصل کنید (شکل 8، a)، آنگاه ظرفیت کل آنها برابر با مجموع ظرفیت های همه خازن های متصل خواهد بود، یعنی.

Commun = C1 + C2 + C3 و غیره

بنابراین، به عنوان مثال، اگر C1 = 33 pF و C2 = 47 pF، آنگاه ظرفیت کل این دو خازن خواهد بود: مجموع = 33 + 47 = 80 pF. هنگامی که خازن ها به صورت سری به هم متصل می شوند (شکل 8، b)، ظرفیت کل آنها همیشه کمتر از کوچکترین ظرفیت موجود در زنجیره است. با فرمول محاسبه می شود

Comm = C1 · C2/(C1 + C2)

برای مثال، فرض کنید که C1 = 220 pF و C2 = 330 pF. سپس مجموع = 220 · 330/(220 + 330) = 132 pF. وقتی دو خازن با ظرفیت یکسان به صورت سری به هم متصل شوند، ظرفیت کل آنها نصف ظرفیت هر یک از آنها خواهد بود.

برنج. 8. اتصالات موازی (الف) و سری (ب) خازن ها

خازن

اساس طراحی خازن دو صفحه رسانا است که بین آنها یک دی الکتریک وجود دارد

در سمت چپ خازن های نصب سطحی قرار دارند. در سمت راست - خازن برای نصب حجمی؛ در بالا - سرامیک؛ زیر - الکترولیتی.

خازن های مختلف برای نصب حجمی

خواص خازن

یک خازن در مدار DC در لحظه اتصال به مدار می تواند جریان را هدایت کند (شارژ یا شارژ مجدد خازن اتفاق می افتد)؛ در پایان فرآیند گذرا، هیچ جریانی از خازن عبور نمی کند، زیرا صفحات آن توسط یک خازن از هم جدا می شوند. دی الکتریک در مدار جریان متناوب، نوسانات جریان متناوب را از طریق شارژ مجدد سیکلی خازن انجام می دهد.

جایی که واحد فرضی است، فرکانس جریان سینوسی است و ظرفیت خازن است. همچنین نتیجه می شود که راکتانس خازن برابر است با: . برای جریان مستقیم، فرکانس صفر است، بنابراین راکتانس خازن بی نهایت است (در حالت ایده آل).

در نمودارهای مدار الکتریکی، ظرفیت اسمی خازن ها معمولاً بر حسب میکروفاراد (1 μF = 106 pF) و پیکوفاراد، اما اغلب در نانوفاراد نشان داده می شود. با ظرفیت بیش از 0.01 µF، ظرفیت خازن بر حسب پیکوفاراد نشان داده شده است، اما مجاز است که واحد اندازه گیری را نشان ندهد، یعنی. پسوند "pF" حذف شده است. هنگام نشان دادن مقدار اسمی ظرفیت در واحدهای دیگر، واحد اندازه گیری (picoFarad) را نشان دهید. برای، و همچنین برای خازن های ولتاژ بالا در نمودارها، پس از تعیین رتبه ظرفیت خازن، حداکثر ولتاژ کاری آنها بر حسب ولت (V) یا کیلوولت (کیلوولت) نشان داده شده است. به عنوان مثال: "10 میکرون x 10 ولت". برای نشان دادن محدوده تغییر در ظرفیت، به عنوان مثال: "10 - 180". در حال حاضر، خازن ها با ظرفیت های اسمی از سری لگاریتمی اعشاری مقادیر E3، E6، E12، E24، یعنی. مقادیر 3، 6، 12، 24 در هر دهه وجود دارد، به طوری که مقادیر با تلورانس مناسب (پراکندگی) کل دهه را پوشش می دهند.

ویژگی های خازن ها

تنظیمات اصلی

ظرفیت

ویژگی اصلی یک خازن آن است ظرفیت. تعیین یک خازن مقدار ظرفیت اسمی را نشان می دهد، در حالی که ظرفیت واقعی بسته به عوامل زیادی می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد. ظرفیت واقعی یک خازن خواص الکتریکی آن را تعیین می کند. بنابراین، طبق تعریف ظرفیت، بار روی صفحه متناسب با ولتاژ بین صفحات ( q = سیU ). مقادیر خازن معمولی از واحد پیکوفاراد تا صدها میکروفاراد متغیر است. با این حال، خازن هایی با ظرفیت تا ده ها فاراد وجود دارد.

ظرفیت یک خازن تخت، متشکل از دو صفحه فلزی موازی با مساحت هر یک، که در فاصله ای از یکدیگر قرار دارند، در سیستم SI با فرمول بیان می شود:، که در آن ثابت دی الکتریک نسبی محیطی است که فضای بین را پر می کند. صفحات (این فرمول فقط زمانی معتبر است که از ابعاد خطی صفحات بسیار کمتر باشد).

برای به دست آوردن ظرفیت های بزرگ، خازن ها به صورت موازی متصل می شوند. در این حالت ولتاژ بین صفحات تمام خازن ها یکسان است. ظرفیت کل باتری موازیخازن های متصل برابر با مجموع ظرفیت های خازن های موجود در باتری است.

اگر همه خازن های موازی متصل فاصله یکسان بین صفحات و خواص دی الکتریک یکسانی داشته باشند، آنگاه این خازن ها را می توان به عنوان یک خازن بزرگ، تقسیم به قطعات یک منطقه کوچکتر نشان داد.

هنگامی که خازن ها به صورت سری وصل می شوند، بارهای تمام خازن ها برابر است. ظرفیت کل باتری به صورت متوالیخازن های متصل برابر است با

یا

این ظرفیت همیشه کمتر از حداقل ظرفیت خازن موجود در باتری است. با این حال، با اتصال سری، احتمال خرابی خازن ها کاهش می یابد، زیرا هر خازن تنها بخشی از اختلاف پتانسیل منبع ولتاژ را به خود اختصاص می دهد.

اگر مساحت صفحات تمام خازن های متصل به صورت سری یکسان باشد، این خازن ها را می توان به عنوان یک خازن بزرگ نشان داد که بین صفحات آن پشته ای از صفحات دی الکتریک از همه خازن هایی که آن را تشکیل می دهند وجود دارد.

ظرفیت خاص

خازن ها همچنین با ظرفیت خاص مشخص می شوند - نسبت ظرفیت خازنی به حجم (یا جرم) دی الکتریک. حداکثر مقدار خازن ویژه با حداقل ضخامت دی الکتریک به دست می آید، اما در همان زمان ولتاژ شکست آن کاهش می یابد.

ولتاژ محاسبه شده

یکی دیگر از ویژگی های نه چندان مهم خازن ها ولتاژ نامی است - مقدار ولتاژ نشان داده شده بر روی خازن که در آن می تواند تحت شرایط مشخص در طول عمر خود کار کند و در عین حال پارامترها را در محدوده های قابل قبول حفظ کند.

ولتاژ نامی به طراحی خازن و خواص مواد مورد استفاده بستگی دارد. در حین کار، ولتاژ خازن نباید از ولتاژ نامی تجاوز کند. برای بسیاری از انواع خازن ها، ولتاژ مجاز با افزایش دما کاهش می یابد.

قطبیت

خازن هایی که بدون انفجار در اثر دما و ولتاژ فرو ریخته و برای شرایط کار مناسب نیستند.

بسیاری از خازن های دی الکتریک اکسیدی (الکترولیتی) تنها زمانی عمل می کنند که قطبیت ولتاژ به دلیل ویژگی های شیمیایی برهمکنش الکترولیت با دی الکتریک درست باشد. هنگامی که قطبیت ولتاژ معکوس می شود، خازن های الکترولیتی معمولاً به دلیل تخریب شیمیایی دی الکتریک با افزایش بعدی جریان، جوشیدن الکترولیت در داخل و در نتیجه احتمال انفجار محفظه از کار می افتند.

انفجار خازن های الکترولیتی یک اتفاق نسبتاً رایج است. علت اصلی انفجارها گرم شدن بیش از حد خازن است که در بیشتر موارد به دلیل نشتی یا افزایش مقاومت سری معادل در اثر کهنگی (مرتبط با دستگاه های پالسی) ایجاد می شود. برای کاهش آسیب به سایر قطعات و آسیب به پرسنل، خازن های مدرن با ظرفیت بالا یک سوپاپ نصب می کنند یا یک بریدگی روی بدنه ایجاد می کنند (اغلب می توانید آن را به شکل حرف X، K یا T در انتها ببینید). هنگامی که فشار داخلی افزایش می یابد، دریچه باز می شود یا محفظه در امتداد شکاف از بین می رود، الکترولیت تبخیر شده به شکل گاز خورنده خارج می شود و فشار بدون انفجار یا ترکش کاهش می یابد.

خازن های واقعی علاوه بر ظرفیت خازنی، مقاومت و اندوکتانس خاص خود را نیز دارند. با درجه دقت بالا، مدار معادل یک خازن واقعی را می توان به صورت زیر نشان داد:

مقاومت عایق الکتریکی خازن - r

مقاومت عایق مقاومت خازن در برابر جریان مستقیم است که توسط r = U / من ut، جایی که U- ولتاژ اعمال شده به خازن، من ut- جریان نشتی

مقاومت سری معادل - آر

مقاومت سری معادل (ESR، انگلیسی. ESR) عمدتاً به دلیل مقاومت الکتریکی مواد صفحات و سربهای خازن و تماس (های) بین آنها و همچنین تلفات دی الکتریک ایجاد می شود. به طور معمول، ESR با افزایش فرکانس جریان عبوری از خازن افزایش می یابد.

در بیشتر موارد، این پارامتر می تواند نادیده گرفته شود، اما گاهی اوقات (به عنوان مثال، در مورد استفاده از خازن های الکترولیتی در فیلترهای منبع تغذیه سوئیچینگ)، یک مقدار به اندازه کافی کوچک می تواند برای قابلیت اطمینان دستگاه حیاتی باشد (به عنوان مثال، طاعون خازن را ببینید. ) .

سلف سری معادل - L

اندوکتانس سری معادل عمدتاً به دلیل اندوکتانس ذاتی صفحات خازن و سربها است. در فرکانس های پایین (تا چند کیلوهرتز) معمولاً به دلیل بی اهمیت بودن آن در نظر گرفته نمی شود.

مماس از دست دادن

مماس اتلاف، نسبت قسمت های خیالی و واقعی ثابت دی الکتریک مختلط است.

ضریب دمای ظرفیت (TKE)

TKE - تغییر نسبی در ظرفیت زمانی که دمای محیط یک درجه سانتیگراد (کلوین) تغییر می کند. بنابراین، مقدار خازن در برابر دما با فرمول خطی نشان داده می شود:

,

جایی که Δ تی- افزایش دما در درجه سانتی گراد یا درجه کلوین نسبت به شرایط عادی که در آن مقدار خازن مشخص می شود. TKE برای توصیف خازن هایی با وابستگی خطی قابل توجهی از ظرفیت خازن به دما استفاده می شود. با این حال، TKE برای همه انواع خازن ها تعیین نشده است. خازن هایی که وابستگی غیر خطی خازن به دما دارند و خازن هایی با تغییرات زیادی در ظرفیت خازن ناشی از تأثیر دمای محیط، نشانه ای در تعیین تغییر نسبی ظرفیت در محدوده دمای عملیاتی دارند.

جذب دی الکتریک

اگر یک خازن شارژ شده با اتصال یک بار با مقاومت کم به سرعت به ولتاژ صفر تخلیه شود و سپس بار را بردارید و ولتاژ را در پایانه های خازن مشاهده کنید، خواهیم دید که ولتاژ به آرامی بالا می رود. این پدیده نامیده می شود جذب دی الکتریکیا

خازن عنصری از مدار الکتریکی است که به عنوان یک وسیله ذخیره شارژ عمل می کند.

در حال حاضر زمینه های کاربردی زیادی برای این دستگاه وجود دارد که دامنه وسیع آنها را توضیح می دهد. آنها در موادی که از آنها ساخته شده اند، هدف و محدوده پارامتر اصلی متفاوت هستند. اما ویژگی اصلی یک خازن ظرفیت آن است.

اصل عملکرد یک خازن

طرح

در نمودارها، خازن به صورت دو خط موازی که به هم متصل نیستند نشان داده شده است:

این مربوط به ساده ترین طراحی آن است - دو صفحه (صفحه) که توسط یک دی الکتریک از هم جدا شده اند. طراحی واقعی این محصول اغلب شامل صفحات پیچیده شده در یک رول با لایه ای از دی الکتریک یا سایر اشکال فانتزی است، اما ماهیت یکسان است.

ظرفیت الکتریکی توانایی یک هادی برای جمع آوری بارهای الکتریکی است. هر چه رسانا بتواند در یک اختلاف پتانسیل معین بار بیشتری را نگه دارد، ظرفیت خازنی بیشتر است. رابطه بین بار Q و پتانسیل φ با فرمول بیان می شود:

که در آن Q بار بر حسب کولن (C)، φ پتانسیل بر حسب ولت (V) است.

ظرفیت با فاراد (F) اندازه گیری می شود که از درس های فیزیک به یاد دارید. در عمل، واحدهای کوچکتر رایج تر هستند: میلی فاراد (mF)، میکروفاراد (μF)، نانوفاراد (nF)، پیکوفاراد (pF).

ظرفیت ذخیره سازی به پارامترهای هندسی هادی و ثابت دی الکتریک محیطی که در آن قرار دارد بستگی دارد. بنابراین، برای یک کره ساخته شده از مواد رسانا با فرمول بیان می شود:

C=4peε0R

که در آن ε0-8.854·10^-12 F/m ثابت الکتریکی و ε ثابت دی الکتریک محیط است (مقدار جدولی برای هر ماده).

در زندگی واقعی، ما اغلب مجبوریم نه با یک هادی، بلکه با سیستم هایی از این قبیل سر و کار داشته باشیم. بنابراین، در یک خازن مسطح معمولی، ظرفیت خازن نسبت مستقیم با مساحت صفحات و معکوس با فاصله بین آنها خواهد بود:

C=εε0S/d

ε در اینجا ثابت دی الکتریک فاصله بین صفحات است.

ظرفیت سیستم های موازی و سریال

اتصال موازی خازن ها نشان دهنده یک خازن بزرگ با همان لایه دی الکتریک و مساحت کل صفحات است، بنابراین ظرفیت کل سیستم مجموع ظرفیت هر یک از عناصر است. ولتاژ در اتصال موازی یکسان خواهد بود و بار بین عناصر مدار توزیع می شود.

C=C1+C2+C3

اتصال سری خازن ها با بار مشترک و ولتاژ توزیع شده بین عناصر مشخص می شود. بنابراین، این ظرفیت نیست که خلاصه می شود، بلکه معکوس آن است:

1/C=1/С1+1/С2+1/С3

از فرمول ظرفیت یک خازن منفرد، می توان نتیجه گرفت که با عناصر یکسان متصل به صورت سری، می توان آنها را به عنوان یک خازن بزرگ با همان سطح صفحه اما با ضخامت کل دی الکتریک نشان داد.

راکتانس

همانطور که از طراحی آن مشخص است، یک خازن نمی تواند جریان مستقیم را هدایت کند. در چنین مداری فقط می تواند شارژ شود. اما در مدارهای AC عالی کار می کند و دائماً شارژ می شود. اگر محدودیت های ناشی از خواص دی الکتریک نبود (در صورت تجاوز از حد ولتاژ می توان آن را شکست)، این عنصر به طور نامحدود شارژ می شد (به اصطلاح خازن ایده آل، چیزی شبیه یک جسم کاملا سیاه و یک گاز ایده آل. ) در یک مدار جریان مستقیم، و جریان از آن عبور نمی کند. به بیان ساده، مقاومت یک خازن در مدار DC بی نهایت است.

با جریان متناوب وضعیت متفاوت است: هرچه فرکانس در مدار بیشتر باشد، مقاومت عنصر کمتر است. این مقاومت را راکتانس نامیده می شود و با فرکانس و ظرفیت نسبت عکس دارد:

Z=1/2πfC

که در آن f فرکانس بر حسب هرتز است.

ذخیره انرژی

انرژی ذخیره شده توسط یک خازن شارژ شده را می توان با فرمول بیان کرد:

E=(CU^2)/2=(q^2)/2C

که در آن U ولتاژ بین صفحات و q بار انباشته شده است.

خازن در مدار نوسانی

در یک حلقه بسته حاوی یک سیم پیچ و یک خازن، جریان متناوب می تواند تولید شود.

پس از شارژ خازن، شروع به تخلیه خود می کند و جریان فزاینده ای ایجاد می کند. انرژی یک خازن تخلیه شده صفر می شود، اما انرژی مغناطیسی سیم پیچ حداکثر خواهد بود. تغییر در مقدار جریان باعث می‌شود که سیم‌پیچ خود القایی جریان داشته باشد و با اینرسی جریان را به صفحه دوم منتقل می‌کند تا کاملاً شارژ شود. در حالت ایده آل، چنین نوسانات بی پایان هستند، اما در واقعیت به سرعت از بین می روند. فرکانس نوسان به پارامترهای سیم پیچ و خازن بستگی دارد:

که در آن L اندوکتانس سیم پیچ است.

یک خازن ممکن است اندوکتانس خاص خود را داشته باشد که با افزایش فرکانس جریان در مدار می توان آن را مشاهده کرد. در حالت ایده آل، این مقدار ناچیز است و می توان آن را نادیده گرفت، اما در واقعیت، زمانی که صفحات صفحات رول می شوند، نمی توان این پارامتر را نادیده گرفت، به خصوص در مورد فرکانس های بالا. در چنین مواردی، خازن دو تابع را ترکیب می کند و نوعی مدار نوسانی با فرکانس تشدید خود را نشان می دهد.

ویژگی های عملکرد

علاوه بر ظرفیت خازن، خود القایی و شدت انرژی فوق الذکر، خازن های واقعی (و نه ایده آل) دارای تعدادی ویژگی هستند که هنگام انتخاب این عنصر برای مدار باید در نظر گرفته شوند. این شامل:

برای درک اینکه تلفات از کجا می آیند، لازم است توضیح دهیم که نمودارهای جریان و ولتاژ سینوسی در این عنصر چیست. هنگامی که خازن به حداکثر خود شارژ می شود، جریان در صفحات آن صفر است. بر این اساس، هنگامی که جریان حداکثر است، ولتاژ وجود ندارد. یعنی ولتاژ و جریان با زاویه 90 درجه خارج از فاز هستند. در حالت ایده آل، یک خازن فقط توان راکتیو دارد:

Q=UIsin 90

در واقع صفحات خازن مقاومت خاص خود را دارند و بخشی از انرژی صرف گرم کردن دی الکتریک می شود که باعث تلفات انرژی می شود. اغلب آنها بی اهمیت هستند، اما گاهی اوقات نمی توان آنها را نادیده گرفت. مشخصه اصلی این پدیده مماس تلفات دی الکتریک است که عبارت است از نسبت توان فعال (تضمین شده توسط تلفات کم در دی الکتریک) و توان راکتیو. این مقدار را می توان از نظر تئوری با ارائه ظرفیت واقعی در قالب یک مدار معادل معادل - موازی یا سری اندازه گیری کرد.

تعیین مماس تلفات دی الکتریک

در اتصال موازی، مقدار تلفات با نسبت جریان تعیین می شود:

tgδ = Ir/Ic = 1/(ωCR)

در مورد اتصال سری، زاویه با نسبت ولتاژ محاسبه می شود:

tgδ = Ur/Uc = ωCR

در واقع، برای اندازه گیری tgδ، از دستگاهی استفاده می کنند که با استفاده از مدار پل مونتاژ شده است. برای تشخیص تلفات عایق در تجهیزات ولتاژ بالا استفاده می شود. با استفاده از پل های اندازه گیری، می توانید سایر پارامترهای شبکه را نیز اندازه گیری کنید.

ولتاژ محاسبه شده

این پارامتر روی برچسب نشان داده شده است. حداکثر ولتاژ قابل اعمال به صفحات را نشان می دهد. تجاوز از مقدار اسمی می تواند منجر به خرابی خازن و خرابی آن شود. این پارامتر به خواص دی الکتریک و ضخامت آن بستگی دارد.

قطبیت

برخی از خازن ها دارای پلاریته هستند، یعنی باید به طور کاملاً مشخص به مدار متصل شوند. این به این دلیل است که نوعی الکترولیت به عنوان یکی از صفحات استفاده می شود و فیلم اکسید روی الکترود دیگر به عنوان دی الکتریک عمل می کند. هنگامی که قطبیت تغییر می کند، الکترولیت به سادگی فیلم را از بین می برد و خازن کار نمی کند.

ضریب دمای خازنی

با نسبت ΔC/CΔT بیان می شود که در آن ΔT تغییر دمای محیط است. اغلب، این وابستگی خطی و ناچیز است، اما برای خازن هایی که در شرایط تهاجمی کار می کنند، TKE به شکل نمودار نشان داده می شود.

خرابی خازن به دو دلیل اصلی است - خرابی و گرمای بیش از حد. و اگر در صورت خرابی برخی از انواع آنها قابلیت خوددرمانی را داشته باشند، گرمای بیش از حد به مرور زمان منجر به تخریب می شود.

گرمای بیش از حد هم به دلایل خارجی (گرم شدن عناصر مدار همسایه) و هم به دلایل داخلی، به ویژه مقاومت سری صفحات ایجاد می شود. در خازن های الکترولیتی منجر به تبخیر الکترولیت و در خازن های نیمه هادی اکسیدی منجر به تجزیه و واکنش شیمیایی بین تانتالیوم و اکسید منگنز می شود.

خطر تخریب این است که اغلب با احتمال اتفاق می افتد انفجارمسکن ها

طراحی فنی خازن ها

خازن ها را می توان به چند گروه طبقه بندی کرد. بنابراین بسته به قابلیت تنظیم ظرفیت به ثابت، متغیر و قابل تنظیم تقسیم می شوند. از نظر شکل می توانند استوانه ای، کروی و مسطح باشند. شما می توانید آنها را بر اساس هدف تقسیم کنید. اما رایج ترین طبقه بندی بر اساس نوع دی الکتریک است.

خازن های کاغذی

کاغذ به عنوان دی الکتریک، اغلب کاغذ روغنی استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، چنین خازن هایی از نظر اندازه بزرگ هستند، اما نسخه های کوچک بدون روغن کاری نیز وجود داشت. آنها به عنوان دستگاه های تثبیت کننده و ذخیره سازی استفاده می شوند و به تدریج با مدل های فیلم مدرن تر جایگزین وسایل الکترونیکی مصرفی می شوند.

در غیاب روغن کاری، آنها یک اشکال قابل توجه دارند - آنها حتی با بسته بندی مهر و موم شده به رطوبت هوا واکنش نشان می دهند. کاغذ خیس اتلاف انرژی را افزایش می دهد.

دی الکتریک به شکل فیلم های آلی

فیلم ها را می توان از پلیمرهای آلی مانند:

• پلی اتیلن ترفتالات؛
• پلی آمید؛
• پلی کربنات؛
• پلی سولفون؛
• پلی پروپیلن؛
• پلی استایرن؛
• فلوروپلاستیک (پلی تترا فلوئورواتیلن).

در مقایسه با خازن های قبلی، این گونه خازن ها از نظر اندازه فشرده تر هستند و با افزایش رطوبت تلفات دی الکتریک را افزایش نمی دهند، اما بسیاری از آنها به دلیل گرم شدن بیش از حد در معرض خطر خرابی قرار دارند و آنهایی که این عیب را ندارند گران تر هستند.

دی الکتریک معدنی جامد

این می تواند میکا، شیشه و سرامیک باشد.

مزیت این خازن ها پایداری و خطی بودن وابستگی خازن به دما، ولتاژ اعمالی و در برخی موارد حتی به تشعشعات است. اما گاهی اوقات چنین وابستگی به خودی خود مشکل ساز می شود و هر چه کمتر مشخص شود، محصول گران تر می شود.

دی الکتریک اکسید

خازن های آلومینیومی، حالت جامد و تانتالیومی با آن تولید می شود. آنها قطبیت دارند، بنابراین در صورت اتصال نادرست و تجاوز از درجه ولتاژ، از کار می افتند. اما در عین حال ظرفیت خوبی دارند، جمع و جور و در عملکرد پایدار هستند. با عملکرد مناسب می توانند حدود 50 هزار ساعت کار کنند.

وکیوم

چنین وسایلی یک فلاسک شیشه ای یا سرامیکی با دو الکترود است که هوا از آن خارج می شود. آنها عملا هیچ تلفاتی ندارند، اما ظرفیت کم و شکنندگی آنها دامنه کاربرد آنها را به ایستگاه های رادیویی محدود می کند، جایی که اندازه ظرفیت آنچنان مهم نیست، اما مقاومت در برابر گرمایش از اهمیت اساسی برخوردار است.

دو لایه برقی

اگر نگاه کنید که یک خازن برای چه چیزی لازم است، می توانید متوجه شوید که این نوع دقیقاً آن نیست. بلکه یک منبع تغذیه اضافی یا پشتیبان است که برای آن استفاده می شود. برخی از دسته های چنین دستگاه هایی - یونیستورها - حاوی کربن فعال و یک لایه الکترولیت هستند، برخی دیگر بر روی یون های لیتیوم کار می کنند. ظرفیت این دستگاه ها می تواند تا صدها فاراد باشد. معایب آنها شامل هزینه بالا و مقاومت فعال با جریان های نشتی است.

خازن هر چه باشد، دو پارامتر اجباری وجود دارد که باید در علامت گذاری منعکس شود - اینها ظرفیت و ولتاژ نامی آن است.

علاوه بر این، بر روی اکثر آنها یک تعیین عددی و الفبایی از ویژگی های آن وجود دارد. مطابق با استانداردهای روسیه، خازن ها با چهار علامت مشخص می شوند.

حرف اول K به معنی "خازن" است، عدد بعدی نوع دی الکتریک است و به دنبال آن یک نشانگر مقصد به شکل یک حرف است. آخرین نماد می تواند به معنای نوع طراحی و شماره توسعه باشد، این در حال حاضر به سازنده بستگی دارد. نکته سوم اغلب نادیده گرفته می شود. چنین علامت هایی روی محصولات به اندازه کافی بزرگ برای قرار دادن آنها استفاده می شود. طبق GOST، رمزگشایی به این صورت خواهد بود:

حروف اول:

1. K یک خازن ثابت است.
2. سی تی تریمر است.
3. KP یک خازن متغیر است.

گروه دوم نوع دی الکتریک است:

همه اینها را نمی توان روی خازن های کوچک قرار داد، بنابراین از علامت های اختصاری استفاده می شود، که اگر به آن عادت ندارید، حتی ممکن است به ماشین حساب و گاهی اوقات یک ذره بین نیاز داشته باشد. این علامت گذاری ظرفیت خازن، رتبه ولتاژ و انحراف از پارامتر اصلی را رمزگذاری می کند. هیچ نکته ای برای ثبت پارامترهای باقی مانده وجود ندارد: اینها معمولاً خازن های سرامیکی هستند.

علامت گذاری خازن های سرامیکی

گاهی اوقات همه چیز با آنها ساده است - ظرفیت با یک عدد و واحد مشخص می شود: pF - picofarad، nF - nanofarad، μF - microfarad، mF - millifarad. یعنی کتیبه 100nF را می توان مستقیما خواند. اسم به ترتیب عدد و حرف V است. اما گاهی اوقات حتی این هم مناسب نیست، بنابراین از اختصارات استفاده می شود. بنابراین، اغلب ظرفیت در سه رقم (103، 109، و غیره) قرار می گیرد، که در آن آخرین رقم به معنای تعداد صفرها و دو رقم اول به معنای ظرفیت در پیکوفاراد است. اگر عدد 9 در انتها باشد، صفر وجود ندارد و بین دو عدد اول کاما قرار می گیرد. هنگامی که عدد 8 در پایان قرار گرفت، کاما یک مکان دیگر به عقب منتقل می شود.

برای مثال، نام 109 مخفف 1 پیکوفاراد و 100-10 پیکوفاراد است. 681–680 پیکوفاراد یا 0.68 نانوفاراد و 104–100 هزار pF یا 100nF

شما اغلب می توانید اولین حرف واحد اندازه گیری را به صورت کاما بیابید: p50-0.5 pF، 1n5-1.5 nF، 15μ - 15 μF، 15m - 15 mF. گاهی R به جای p نوشته می شود.

بعد از سه عدد ممکن است حرفی وجود داشته باشد که نشان دهنده گسترش پارامتر ظرفیت است:

اگر مشخصات یک مدار را در واحدهای SI محاسبه کنید، برای یافتن ظرفیت خازن بر حسب فاراد، باید توان های عدد 10 را به خاطر بسپارید:

1. -3 - میلی فاراد؛
2. -6 - میکروفاراد؛
3. -9 - نانوفاراد;
4. -12 پیکوفاراد است.

بنابراین، 01 pF 0.1 * 10^-12 F است.

در دستگاه های SMD، ظرفیت بر حسب پیکوفاراد با یک حرف نشان داده می شود و عدد بعد از آن توان 10 است که این مقدار باید در آن ضرب شود.

حرف	سی	حرف	سی	حرف	سی	حرف	سی
آ	1	جی	2,2	اس	4,7	آ	2,5
ب	1,1	ک	2,4	تی	5,1	ب	3,5
سی	1,2	L	2,7	U	5,6	د	4
D	1,3	م	3	V	6,2	ه	4,5
E	1,5	ن	3,3	دبلیو	6,8	f	5
اف	1,6	پ	3,6	ایکس	7,5	متر	6
جی	1,8	س	3,9	Y	8,2	n	7
Y	2	آر	4,3	ز	9,1	تی	8

اگر نوشتن کامل آن مشکل دارد، می توان ولتاژ نامی کار را با یک حرف به همین ترتیب مشخص کرد. استاندارد زیر برای تعیین حروف فرقه ها در روسیه پذیرفته شده است:

حرف	V	حرف	V
من	1	ک	63
آر	1,6	L	80
م	2,5	ن	100
آ	3,2	پ	125
سی	4	س	160
ب	6,3	ز	200
D	10	دبلیو	250
E	16	ایکس	315
اف	20	تی	350
جی	25	Y	400
اچ	32	U	450
اس	40	V	500
جی	50

با وجود لیست ها و جداول، هنوز هم بهتر است رمزگذاری یک سازنده خاص را مطالعه کنید - آنها ممکن است در کشورهای مختلف متفاوت باشند.

برخی از خازن ها با توضیحات دقیق تری از ویژگی های خود ارائه می شوند.

خازن یک دستگاه دو قطبی رایج است که در مدارهای الکتریکی مختلف استفاده می شود. این دارای ظرفیت ثابت یا متغیر است و با رسانایی کم مشخص می شود، می تواند بار جریان الکتریکی را جمع کند و آن را به سایر عناصر در مدار الکتریکی منتقل کند.
ساده ترین نمونه ها شامل دو الکترود صفحه ای است که توسط یک دی الکتریک از هم جدا شده اند و بارهای مخالف را جمع می کنند. در شرایط عملی، ما از خازن هایی با تعداد زیادی صفحات جدا شده توسط دی الکتریک استفاده می کنیم.

خازن با اتصال دستگاه الکترونیکی به شبکه شروع به شارژ می کند. هنگامی که دستگاه متصل می شود، فضای خالی زیادی روی الکترودهای خازن وجود دارد، بنابراین جریان الکتریکی وارد شده به مدار دارای بیشترین مقدار است. با پر شدن، جریان الکتریکی کاهش می یابد و با پر شدن کامل ظرفیت دستگاه، به طور کامل ناپدید می شود.

در فرآیند دریافت بار جریان الکتریکی، الکترون‌ها (ذرات با بار منفی) در یک صفحه و یون‌ها (ذرات با بار مثبت) در صفحه دیگر جمع‌آوری می‌شوند. جداکننده بین ذرات باردار مثبت و منفی یک دی الکتریک است که می توان از آن در مواد مختلف استفاده کرد.

هنگامی که یک دستگاه الکتریکی به منبع برق متصل می شود، ولتاژ در مدار الکتریکی صفر است. با پر شدن ظروف، ولتاژ در مدار افزایش می یابد و به مقداری برابر با سطح منبع جریان می رسد.

هنگامی که مدار الکتریکی از منبع تغذیه جدا می شود و بار وصل می شود، خازن دریافت شارژ را متوقف می کند و جریان انباشته شده را به عناصر دیگر منتقل می کند. بار یک مدار بین صفحات خود تشکیل می دهد، بنابراین هنگامی که برق قطع می شود، ذرات دارای بار مثبت شروع به حرکت به سمت یون ها می کنند.

جریان اولیه در مدار هنگام اتصال بار برابر با ولتاژ ذرات دارای بار منفی تقسیم بر مقدار مقاومت بار خواهد بود. در صورت عدم وجود برق، خازن شروع به از دست دادن شارژ می کند و با کاهش بار در خازن ها، سطح ولتاژ و جریان در مدار کاهش می یابد. این فرآیند تنها زمانی تکمیل می شود که شارژی در دستگاه باقی نماند.

شکل بالا طراحی یک خازن کاغذ را نشان می دهد:
الف) سیم پیچی بخش؛
ب) خود دستگاه
روی این تصویر:

1. کاغذ؛
2. فویل؛
3. عایق شیشه ای؛
4. درب؛
5. قاب؛
6. واشر مقوایی؛
7. کاغذ بسته بندی؛
8. بخش ها

ظرفیت خازنمهمترین مشخصه آن در نظر گرفته می شود؛ مدت زمان شارژ کامل دستگاه هنگام اتصال دستگاه به منبع جریان الکتریکی مستقیماً به آن بستگی دارد. زمان تخلیه دستگاه نیز به ظرفیت و همچنین اندازه بار بستگی دارد. هرچه مقاومت R بیشتر باشد خازن سریعتر خالی می شود.

به عنوان مثالی از عملکرد یک خازن، عملکرد فرستنده یا گیرنده رادیویی آنالوگ را در نظر بگیرید. هنگامی که دستگاه به شبکه متصل می شود، خازن های متصل به سلف شروع به جمع آوری شارژ می کنند، الکترودها در برخی از صفحات و یون ها در برخی دیگر جمع می شوند. پس از شارژ کامل ظرفیت، دستگاه شروع به تخلیه می کند. از دست دادن کامل شارژ منجر به شروع شارژ می شود، اما در جهت مخالف، یعنی صفحاتی که این بار بار مثبت داشتند، بار منفی دریافت می کنند و بالعکس.

هدف و کاربرد خازن ها

در حال حاضر تقریباً در تمام مهندسی رادیو و مدارهای مختلف الکترونیکی استفاده می شود.
در مدار جریان متناوب آنها می توانند به عنوان خازن عمل کنند. به عنوان مثال، هنگامی که یک خازن و یک لامپ را به باتری (جریان مستقیم) وصل می کنید، لامپ روشن نمی شود. اگر چنین مداری را به منبع جریان متناوب وصل کنید، لامپ می درخشد و شدت نور مستقیماً به مقدار ظرفیت خازن استفاده شده بستگی دارد. به لطف این ویژگی ها، اکنون به طور گسترده در مدارها به عنوان فیلترهایی که تداخل فرکانس بالا و فرکانس پایین را سرکوب می کنند، استفاده می شود.

خازن ها همچنین در شتاب دهنده های الکترومغناطیسی مختلف، فلاش های عکس و لیزرها به دلیل قابلیت ذخیره بار الکتریکی زیاد و انتقال سریع آن به سایر عناصر شبکه با مقاومت کم و در نتیجه ایجاد یک پالس قدرتمند استفاده می شوند.

در منابع تغذیه ثانویه از آنها برای صاف کردن امواج در طول یکسوسازی ولتاژ استفاده می شود.

قابلیت نگهداری شارژ برای مدت طولانی امکان استفاده از آنها را برای ذخیره اطلاعات فراهم می کند.

استفاده از مقاومت یا ژنراتور جریان در مدار دارای خازن به شما امکان می دهد زمان شارژ و دشارژ ظرفیت دستگاه را افزایش دهید، بنابراین می توان از این مدارها برای ایجاد مدارهای زمان بندی استفاده کرد که نیازهای بالایی برای پایداری زمانی ندارند.

در تجهیزات الکتریکی مختلف و در فیلترهای هارمونیک بالاتر از این عنصر برای جبران توان راکتیو استفاده می شود.