مقایسه بین انواع مختلف خازن

 

مقایسه بین انواع مختلف خازن به طور کلی با توجه به دی الکتریک مورد استفاده بین صفحات انجام می شود. مانند مقاومت‌ها، انواع مختلفی از خازن‌ها نیز وجود دارند که به ما اجازه می‌دهند مقدار خازن آن‌ها را برای استفاده در مدارهای نوع رادیویی یا «تنظیم فرکانس» تغییر دهیم.

 

انواع تجاری خازن ها از فویل فلزی ساخته می شوند که با ورقه های نازک کاغذ آغشته به پارافین یا مایلار به عنوان ماده دی الکتریک در هم آمیخته شده اند. برخی از خازن ها شبیه لوله هستند، زیرا صفحات فویل فلزی به شکل یک سیلندر پیچیده می شوند تا یک بسته کوچک را تشکیل دهند که مواد دی الکتریک عایق بین آنها قرار گرفته است.

 

خازن های کوچک اغلب از مواد سرامیکی ساخته می شوند و سپس برای آب بندی در یک رزین اپوکسی فرو می روند. در هر صورت، خازن‌ها نقش مهمی در مدارهای الکترونیکی بازی می‌کنند، بنابراین در اینجا چند نوع خازن رایج‌تر موجود است.

 

خازن دی الکتریک

خازن‌های دی الکتریک معمولاً از نوع متغیری هستند که برای تنظیم فرستنده‌ها، گیرنده‌ها و رادیوهای ترانزیستوری به تغییر مداوم ظرفیت نیاز است. خازن های دی الکتریک متغیر، انواعی با فاصله هوای چند صفحه ای هستند که دارای مجموعه ای از صفحات ثابت (پره های استاتور) و مجموعه ای از صفحات متحرک (پره های روتور) هستند که در بین صفحات ثابت حرکت می کنند.

 

موقعیت صفحات متحرک نسبت به صفحات ثابت مقدار ظرفیت کلی را تعیین می کند. زمانی که دو مجموعه صفحه کاملاً به هم متصل شده باشند، ظرفیت خازنی معمولاً حداکثر است. خازن های تنظیم کننده ولتاژ بالا دارای فواصل نسبتاً بزرگ یا شکاف هوا بین صفحات با ولتاژ شکست به هزاران ولت است.

 

نماد خازن متغیر

نماد خازن متغیر

علاوه بر انواع متغیر پیوسته، خازن های متغیر از پیش تعیین شده نیز به نام Trimmers در دسترس هستند. اینها معمولاً دستگاه‌های کوچکی هستند که می‌توانند با کمک یک پیچ گوشتی کوچک روی یک مقدار ظرفیت خازنی خاص تنظیم یا «پیش‌تنظیم» شوند و در ظرفیت‌های بسیار کوچک 500 pF یا کمتر موجود هستند و غیرقطبی هستند.

 

نوع خازن فیلم

خازن‌های فیلم متداول‌ترین نوع خازن‌های موجود در بین انواع خازن‌ها هستند که از خانواده نسبتاً بزرگی از خازن‌ها تشکیل شده‌اند که تفاوت آن‌ها در خواص دی الکتریک است. اینها شامل پلی استر (Mylar)، پلی استایرن، پلی پروپیلن، پلی کربنات، کاغذ متالایز، تفلون و غیره است. خازن های نوع فیلم بسته به نوع خازن واقعی و درجه ولتاژ آن در محدوده ظرفیت خازنی از 5 pF تا 100uF در دسترس هستند. خازن های فیلم نیز در انواع شکل ها و سبک های بدنه موجود می باشند که عبارتند از:

 

بسته بندی و پر کردن (بیضی و گرد) - جایی که خازن در یک نوار پلاستیکی محکم پیچیده شده است و انتهای آن با اپوکسی پر شده است تا آنها را آب بندی کند.

محفظه اپوکسی (مستطیل شکل و گرد) - جایی که خازن در یک پوسته پلاستیکی قالب‌گیری شده قرار می‌گیرد که سپس با اپوکسی پر می‌شود.

فلزی هرمتیکی مهر و موم شده (مستطیلی و گرد) - جایی که خازن در یک لوله فلزی یا قوطی محصور شده و دوباره با اپوکسی مهر و موم شده است.

با تمام سبک های مورد فوق که در هر دو لید محوری و شعاعی موجود است.

 

خازن های فیلم که از پلی استایرن، پلی کربنات یا تفلون به عنوان دی الکتریک خود استفاده می کنند، گاهی اوقات "خازن های پلاستیکی" نامیده می شوند. ساخت خازن های فیلم پلاستیکی مشابه خازن های فیلم کاغذی است اما به جای کاغذ از فیلم پلاستیکی استفاده می شود. مزیت اصلی خازن های فیلم پلاستیکی در مقایسه با انواع کاغذ آغشته شده این است که در شرایط دمای بالا به خوبی عمل می کنند، تحمل کمتری دارند، طول عمر بسیار بالایی دارند و قابلیت اطمینان بالایی دارند. نمونه‌هایی از خازن‌های فیلم، فیلم متالایز مستطیلی و انواع فیلم و فویل استوانه‌ای است که در زیر نشان داده شده است.

 

نوع سرب شعاعی

خازن سربی شعاعی

نوع سرب محوری

خازن فویل فلزی

انواع فیلم و فویل خازن‌ها از نوارهای نازک بلندی از فویل فلزی نازک با مواد دی الکتریک در کنار هم ساخته می‌شوند که در یک رول محکم پیچیده شده و سپس در کاغذ یا لوله‌های فلزی مهر و موم می‌شوند.

 

نوع خازن فیلم

خازن فیلم

 

این نوع فیلم ها به یک فیلم دی الکتریک بسیار ضخیم تری نیاز دارند تا خطر پارگی یا سوراخ شدن فیلم را کاهش دهند و بنابراین برای مقادیر خازنی کمتر و اندازه های بزرگتر مناسب تر هستند.

 

 

خازن های فویل فلزی دارای فیلم رسانای فلزی هستند که مستقیماً روی هر طرف دی الکتریک پاشیده می شود که به خازن خاصیت خود ترمیمی می دهد و بنابراین می تواند از فیلم های دی الکتریک بسیار نازک تری استفاده کند. این اجازه می دهد تا مقادیر ظرفیت خازنی بالاتر و اندازه های کوچکتر برای یک خازن معین وجود داشته باشد. خازن های فیلم و فویل معمولاً برای کاربردهای با توان بالاتر و دقیق تر استفاده می شوند.

 

خازن های سرامیکی

خازن های سرامیکی یا به طور کلی خازن های دیسکی از پوشاندن دو طرف یک دیسک چینی یا سرامیکی کوچک با نقره ساخته می شوند و سپسبرای ساختن یک خازن روی هم چیده شده اند. برای مقادیر خازنی بسیار کم از یک دیسک سرامیکی منفرد در حدود 3-6 میلی متر استفاده می شود. خازن های سرامیکی دارای ثابت دی الکتریک بالا (High-K) هستند و در دسترس هستند به طوری که می توان ظرفیت های نسبتاً بالایی را در اندازه فیزیکی کوچک به دست آورد.

 

انواع سرامیکی خازن

خازن سرامیکی

 

آنها تغییرات غیرخطی بزرگی را در خازن در برابر دما نشان می دهند و در نتیجه به عنوان خازن های جداکننده یا بای پس استفاده می شوند زیرا آنها همچنین دستگاه های غیر قطبی هستند. خازن های سرامیکی دارای مقادیری از چند پیکوفاراد تا یک یا دو میکروفاراد (μF) هستند، اما درجه بندی ولتاژ آنها معمولاً بسیار پایین است.

 

انواع سرامیکی خازن ها معمولاً دارای یک کد 3 رقمی بر روی بدنه خود هستند تا مقدار ظرفیت خازن آنها را بر حسب پیکو فاراد مشخص کند. به طور کلی دو رقم اول مقدار خازن و رقم سوم نشان دهنده تعداد صفرهایی است که باید اضافه شوند. به عنوان مثال، یک خازن دیسک سرامیکی با علامت 103 صفر و 10 را در پیکو فاراد نشان می دهد که معادل 10000 pF یا 10nF است.

 

به همین ترتیب، ارقام 104 صفرهای 10 و 4 را در پیکو فاراد نشان می دهد که معادل 100000 pF یا 100nF و غیره است. بنابراین در تصویر خازن سرامیکی بالای اعداد 154 عدد 15 و 4 صفر را در پیکو فاراد نشان می دهد که معادل 150000 pF یا 150nF یا 0.15μF است. گاهی اوقات از کدهای حروف برای نشان دادن مقدار تحمل آنها استفاده می شود مانند: J = 5٪، K = 10٪ یا M = 20٪ و غیره.

 

خازن های الکترولیتی

خازن های الکترولیتی معمولاً زمانی استفاده می شوند که به مقادیر خازنی بسیار زیاد نیاز باشد. در اینجا به جای استفاده از یک لایه لایه فلزی بسیار نازک برای یکی از الکترودها، از محلول الکترولیت نیمه مایع به شکل ژله یا خمیر استفاده می شود که به عنوان الکترود دوم (معمولا کاتد) عمل می کند.

 

دی الکتریک یک لایه بسیار نازک از اکسید است که به صورت الکتروشیمیایی در تولید رشد می کند و ضخامت فیلم کمتر از ده میکرون است. این لایه عایق به قدری نازک است که می توان خازن هایی با ظرفیت خازنی زیاد برای اندازه فیزیکی کوچک ساخت زیرا فاصله بین صفحات d بسیار کم است.

 

انواع خازن های الکترولیتی

خازن الکترولیتی

 

اکثر انواع خازن های الکترولیتی پلاریزه هستند، یعنی ولتاژ DC اعمال شده به پایانه های خازن باید دارای قطبیت صحیح باشد، یعنی مثبت به ترمینال مثبت و منفی به ترمینال منفی، زیرا قطبش نادرست لایه اکسید عایق را از بین می برد. و ممکن است آسیب دائمی ایجاد شود.

 

تمام خازن های الکترولیتی پلاریزه دارای قطبیت آنها به وضوح با علامت منفی برای نشان دادن ترمینال منفی هستند و این قطبیت باید رعایت شود.

 

خازن های الکترولیتی به طور کلی در مدارهای منبع تغذیه DC به دلیل ظرفیت بزرگ و اندازه کوچک آنها برای کمک به کاهش ولتاژ موج دار یا برای کاربردهای کوپلینگ و جداسازی استفاده می شود. یکی از معایب اصلی خازن های الکترولیتی، ولتاژ نسبتا پایین آنها است و به دلیل قطبی شدن خازن های الکترولیتی، بنابراین نباید از آنها در منابع AC استفاده شود. Electrolytic به طور کلی به دو شکل اصلی وجود دارد. خازن های الکترولیتی آلومینیومی و خازن های الکترولیتی تانتالیومی.

 

خازن الکترولیتی

نوع خازن الکترولیتی

1. خازن های الکترولیتی آلومینیومی

اساسا دو نوع خازن الکترولیتی آلومینیومی وجود دارد، نوع فویل ساده و نوع فویل اچ شده. ضخامت فیلم اکسید آلومینیوم و ولتاژ شکست بالا به این خازن ها ظرفیت خازنی بسیار بالایی نسبت به اندازه آنها می دهد.

 

صفحات فویل خازن با جریان DC آنودایز می شوند. این فرآیند آنودایز کردن قطبیت مواد صفحه را تنظیم می کند و تعیین می کند که کدام طرف صفحه مثبت و کدام طرف منفی است.

 

نوع فویل اچ شده با نوع فویل ساده تفاوت دارد زیرا اکسید آلومینیوم روی فویل های آند و کاتد به منظور افزایش سطح و گذردهی آن به صورت شیمیایی اچ شده است. این یک خازن با اندازه کوچکتر از نوع فویل ساده با ارزش معادل می دهد، اما این عیب را دارد که نمی تواند جریان های DC بالا را در مقایسه با نوع ساده تحمل کند. همچنین دامنه تحمل آنها تا 20 درصد بسیار بزرگ است. مقادیر معمولی ظرفیت خازن برای یک خازن الکترولیتی آلومینیومی از 1uF تا 47000uF متغیر است.

 

 

 

فویل های الکترولیتی اچ شده به بهترین وجه در مدارهای کوپلینگ، بلوک DC و مدارهای بای پس استفاده می شوند، در حالی که انواع فویل های ساده به عنوان خازن های صاف کننده در منابع تغذیه مناسب تر هستند. اما الکترولیت‌های آلومینیومی دستگاه‌های «قطبی» هستند، بنابراین معکوس کردن ولتاژ اعمال شده روی سیم‌ها باعث می‌شود لایه عایق داخل خازن همراه با خازن از بین برود. با این حال، الکترولیت استفاده شده در خازن به ترمیم صفحه آسیب دیده در صورتی که آسیب کوچک باشد کمک می کند.

 

از آنجایی که الکترولیت دارای خواص خود ترمیم یک صفحه آسیب دیده است، همچنین توانایی آنودایز مجدد صفحه فویل را دارد. از آنجایی که فرآیند آنودایز کردن می تواند معکوس شود، الکترولیت این توانایی را دارد که پوشش اکسیدی را از روی فویل جدا کند.en اگر خازن با قطبیت معکوس وصل شده باشد. از آنجایی که الکترولیت توانایی رسانایی الکتریسیته را دارد، اگر لایه اکسید آلومینیوم برداشته یا از بین برود، خازن اجازه می دهد جریان از یک صفحه به صفحه دیگر عبور کند و خازن را از بین ببرد، "پس مراقب باشید".

 

2. خازن های الکترولیتی تانتالیوم

خازن‌های الکترولیتی تانتالیوم و مهره‌های تانتالیوم در هر دو نوع الکترولیتی مرطوب (فویل) و خشک (جامد) با تانتالیوم خشک یا جامد رایج‌ترین آنها هستند. خازن های تانتالیوم جامد از دی اکسید منگنز به عنوان پایانه دوم خود استفاده می کنند و از نظر فیزیکی کوچکتر از خازن های آلومینیومی معادل هستند.

 

خواص دی الکتریک اکسید تانتالیوم نیز بسیار بهتر از اکسید آلومینیوم است که جریان های نشتی کمتر و پایداری خازنی بهتری را ایجاد می کند که آنها را برای استفاده در برنامه های مسدود کردن، دور زدن، جداسازی، فیلتر کردن و زمان بندی مناسب می کند.

 

همچنین، خازن‌های تانتالیومی اگرچه قطبی هستند، می‌توانند اتصال به ولتاژ معکوس را بسیار راحت‌تر از انواع آلومینیومی تحمل کنند، اما در ولتاژهای کاری بسیار پایین‌تر رتبه‌بندی می‌شوند. خازن های تانتالیوم جامد معمولاً در مدارهایی استفاده می شوند که ولتاژ AC در مقایسه با ولتاژ DC کم است.

 

با این حال، برخی از انواع خازن‌های تانتالیومی حاوی دو خازن در یک هستند که به صورت منفی به منفی متصل می‌شوند تا یک خازن "غیر قطبی" را برای استفاده در مدارهای AC ولتاژ پایین به عنوان یک دستگاه غیر قطبی تشکیل دهند. به طور کلی، سرب مثبت روی بدنه خازن با علامت قطبیت مشخص می شود، با بدنه خازن مهره تانتالیومی شکل هندسی بیضی شکل. مقادیر معمولی ظرفیت خازنی از 47nF تا 470uF است.

 

خازن الکترولیتی آلومینیوم و تانتالیوم

خازن الکترولیتی آلومینیومی

Electrolytic به دلیل هزینه کم و اندازه کوچک خازن های پرکاربردی هستند اما سه راه آسان برای از بین بردن خازن الکترولیتی وجود دارد:

 

اضافه ولتاژ - ولتاژ بیش از حد باعث نشت جریان از دی الکتریک و در نتیجه شرایط اتصال کوتاه می شود.

قطبیت معکوس - ولتاژ معکوس باعث خود تخریبی لایه اکسید و خرابی می شود.

بیش از حد دما - گرمای بیش از حد، الکترولیت را خشک می کند و عمر خازن الکترولیتی را کوتاه می کند.

در آموزش بعدی در مورد خازن ها، برخی از ویژگی های اصلی را بررسی خواهیم کرد تا نشان دهیم که خازن چیزی بیش از ولتاژ و ظرفیت خازن دارد.