خازن چیست؟

در این مقاله ما به توصیف صفر تا صد خازن‌ها به عنوان یکی از اجزای مهم در سیستم‌های الکترونیکی، خواهیم پرداخت. خازن‌ها، به عنوان یکی از اجزای اساسی در مدارات الکترونیکی، برای تخلیه الکتریسیته و درنتیجه به ذخیره‌سازی انرژی‌های الکترونیکی به عنوان یک منبع اصلی استفاده می‌شوند. این مقاله برای علاقه‌مندان به یادگیری مفاهیم پایه الکترونیک، خازن‌ها و همچنین دانشجویان رشته‌های مهندسی برق و الکترونیک کاربردی است. در ادامه به بررسی دستورالعمل‌ها، مفاهیم پایه و نحوه کار با خازن‌ها می‌پردازیم. خازن الکترولیت

خازن دی الکتریک

خازن چیست؟

خازن‌ها اجزای الکترونیکی غیرفعال هستند که از دو یا چند ماده رسانا تشکیل شده‌اند که توسط یک ماده عایق از هم جدا شده‌اند. خازن قطعه‌ای است که توانایی یا “ظرفیت” ذخیره انرژی را به شکل یک بار الکتریکی دارد که باعث ایجاد اختلاف پتانسیل (ولتاژ استاتیک) در صفحات خود می‌شود، مانند یک باتری کوچک قابل شارژ.

شایان ذکر است که لایه عایق بین صفحات خازن معمولاً دی‌الکتریک نامیده می‌شود. انواع مختلفی از خازن‌ها وجود دارد، از خازن بسیار کوچک عدسی شکل که در مدارها استفاده می‌شوند تا خازن‌های بزرگ تصحیح کننده ضریب توان، اما همه آن‌ها یک کار را انجام می‌دهند، یعنی شارژ را ذخیره می‌کنند.

با توجه به این لایه عایق، جریان DC نمی‌تواند از طریق خازن عبور کند زیرا آن را مسدود می‌کند و به جای آن اجازه می‌دهد ولتاژی در سراسر صفحات به شکل بار الکتریکی وجود داشته باشد.

صفحات فلزی رسانای خازن می‌توانند مربع، دایره یا مستطیل باشند یا به شکل استوانه‌ای یا کروی با شکل، اندازه و ساختار کلی یک خازن صفحه موازی بسته به کاربرد و درجه ولتاژ آن باشند.

در شکل اصلی خود، یک خازن از دو یا چند صفحه رسانا (فلزی) موازی تشکیل شده است که به یکدیگر متصل نیستند یا با یکدیگر تماس ندارند، اما به صورت الکتریکی یا توسط هوا یا توسط نوعی ماده عایق خوب از هم جدا می‌شوند. این ماده عایق می‌تواند کاغذ مومی، میکا، سرامیک، پلاستیک یا نوعی ژل مایع باشد که در خازن‌های الکترولیتی استفاده می‌شود.

خازن چگونه عمل می‌کند؟

هنگامی‌که در یک مدار جریان مستقیم یا DC استفاده می‌شود، یک خازن تا ولتاژ تغذیه خود شارژ می‌شود اما جریان را از طریق آن مسدود می‌کند زیرا دی‌الکتریک یک خازن نارسانا است و اساساً یک عایق است. با این حال، هنگامی‌که یک خازن به یک جریان متناوب یا مدار AC متصل می‌شود، به نظر می‌رسد جریان مستقیماً با مقاومت کم یا بدون مقاومت از خازن عبور می‌کند.

دو نوع بار الکتریکی وجود دارد، یک بار مثبت به شکل پروتون و یک بار منفی به شکل الکترون. هنگامی که یک ولتاژ DC در یک خازن قرار می‌گیرد، بار مثبت (+ve) به سرعت در یک صفحه جمع می‌شود درحالی‌که یک بار منفی متناظر و مخالف (ve) در صفحه دیگر انباشته می‌شود. برای هر ذره بار +ve که به یک صفحه می‌رسد، باری با همان علامت از صفحه -ve خارج می‌شود.

سپس صفحات خنثی می‌مانند و اختلاف پتانسیل ناشی از این بار بین دو صفحه ایجاد می‌شود. هنگامی‌که خازن به حالت پایدار خود رسید، جریان الکتریکی به دلیل خواص عایق دی‌الکتریک مورد استفاده برای جداسازی صفحات، قادر به عبور از خود خازن و اطراف مدار نیست.

جریان الکترون‌ها روی صفحات به عنوان جریان شارژ خازن شناخته می‌شود که تا زمانی که ولتاژ در هر دو صفحه (و بنابراین خازن) برابر با ولتاژ اعمال شده Vc شود، جریان برقرار است. در این مرحله گفته می‌شود که خازن با الکترون‌ها “کاملاً باردار ” شده است.

قدرت یا نرخ این جریان شارژ زمانی که صفحات کاملاً دشارژ می‌شوند (شرایط اولیه) به حداکثر مقدار خود می‌رسد و به آرامی مقدار آن به صفر کاهش می‌یابد زیرا صفحات تا اختلاف پتانسیل در صفحات خازن برابر با ولتاژ منبع شارژ می‌شوند.