خازن چیست و چگونه کار میکند؟ + کار خازن به زبانی ساده
ازبیلت با کمک مهندسینش در این پست به سراغ بررسی خازن رفته است. قرار است در این پست همه چیز در مورد خازن بدانید. از اینکه خازن چیست و چگونه کار میکند تا کاربردهای خازن در مدار الکترونیکی و الکتریکی، ولتاژ خازن، بانک خازن و… بدانید. این پست جامعی در مورد «خازن» است و مو به مو همه چیز گفته شده است.
خواندن این پست کمتر از ۷ دقیقه وقت شما را میگیرد، اما بار علمی شما را زیاد میکند 🙂 پس اگر در حوزه برق و الکترونیک به تازگی ورود پیدا کرده اید، مطالعه مقاله «خازن»، به شدت توصیه میشود. این پست از زبان متخصصین نوشته شده است.
خازن چیست و چگونه کار میکند؟
به اولین سوالی که قرار است تخصصی پاسخ دهیم این است که خازن چیست و چگونه کار میکند؟ خب ببینید دوستان، در قدم اول باید بدانید که خازن یکی از اجزای الکترونیکی است که برای ذخیره و تخلیه بار الکتریکی استفاده میشود. تعریف خازن و حتی کاربردش را همه مهندسین و دانشجویان رشته برق میدانند، اما شاید نتوانند به درستی از آن در ساخت وسیله های برقی، تعمیر لوازم برقی و الکترونیکی استفاده کنند. این مشکل به دلیل این است که به طور عمیق با نحوه کارکرد خازن آشنایی ندارد. 🙁
در زبانی ساده باید بگوییم که خازن از دو الکترود (معمولاً صفحات فلزی) و یک عایق (موادی مانند هوا، پلاستیک، شیشه، کاغذ، سرامیک و …) که بین این دو الکترود قرار میگیرد، تشکیل شده است. عایق بین دو الکترود مانع جریان الکتریکی مستقیم بین آنها است، اما به جریان الکتریکی متناوب اجازه می‌دهد که به راحتی از آن عبور کند.
در هنگام شارژ خازن، بارهای الکتریکی روی هر یک از الکترودها تجمع می یابند و فاصله بین الکترودها به عنوان عایق عمل میکند. لایه عایقی می‌تواند از مواد مختلفی مانند پلی‌استر، کربنات، سلولزی و … ساخته شود. این بارهای الکتریکی در هنگام تخلیه خازن، به طور کامل از یک الکترود به الکترود دیگر جابه‌جا میشوند و این جابه‌جایی با کمک یک مدار الکتریکی که خازن در آن قرار دارد، کنترل میشود.
کار خازن چیست به طور خلاصه
کار خازن در مدارهای الکترونیکی از دو جنبه مختلف استفاده میشود: به عنوان یک عنصر ذخیره‌سازی برق و به عنوان یک عنصر فیلتر. دلیل استفاده از خازن در مدار الکترونیکی و الکتریکی، ذخیره برق، تخلیه و فیلتر است. در ادامه در مورد فیلتر و ذخیره سازی برق و انواع روش های نصب خازن برای اعمال فیلتر و ذخیره توضیح داده شده است. تا اینجا شما فقط ۱۰ درصد مطلب خازن را خواندید. 🙂
عملکرد خازن چیست به زبان ساده در زمان اعمال ولتاژ
وقتی برای خازن یک ولتاژ به آن اعمال میشود، الکترون‌ها در یک صفحه فلزی جمع میشوند و بار مثبت در صفحه فلزی دیگر ایجاد میشود. این بار مثبت به عنوان بار نامتعدی به نام خازن ذخیره میشود. زمانی که ولتاژ از خازن برداشته شود، بار نامتعدی به حالت اولیه باز می‌گردد و به عنوان یک منبع انرژی برای مدارهای الکترونیکی، به کار میرود.
مطلب مرتبط: نحوه محاسبه تابلو برق خازن
کاربرد خازن در مدارهای الکترونیکی چیست؟
کاربردهای خازن‌ها در مدارهای الکترونیکی بسیار گسترده است. برای مثال، از انواع خازن‌ها در مدارهای فیلتر، مدارهای تولید سیگنال های رادیویی، نویز‌زدایی، تحلیل طیفی، روشنایی LEDها و بسیاری دیگر از کاربردهای الکترونیکی به کار می‌روند. همچنین، خازن‌ها در بسیاری از دستگاه‌های الکترونیکی مانند تلفن همراه، تبلت، تلویزیون، رادیو، کامپیوتر، لپ‌تاپ و … نیز به کار می‌روند. به طور کلی، خازن‌ها به عنوان یک عنصر اساسی در مدارهای الکترونیکی به کار می‌روند و برای ذخیره و تخلیه انرژی الکتریکی که به صورت فراوان در مدار وجود دارد، بسیار مهم هستند
به عنوان مثال، خازن در یک مدار فلاش دوربین، می‌تواند برای ذخیره سازی انرژی الکتریکی که به جهت روشن شدن فلاش لازمانی نیاز است، استفاده شود. خازن‌ها معمولاً به عنوان منابع انرژی برای سیستم‌هایی مانند دستگاه‌های امنیتی، روبات‌ها، انواع سیستم‌های تغذیه برقی و … کاربرد دارد.
کاربرد خازن در مدارهای الکتریکی
خازن‌ها (capacitor) در مدارهای الکتریکی طیف گسترده ای دارد. از خازن ها در چنین مداری به عنوان تنظیم کندی و فیلتر استفاده میشود. به طور کلی خازن‌ها عضو جدانشدنی دستگاه های الکتریکی است.
برخی کاربردهای خازن‌ها به شرح زیر است:
۱. کاربرد خازن در در مدارهای فیلتر: خازن‌ها در مدارهای فیلتر به این منظور استفاده میشوند تا تا سیگنال‌های الکتریکی از نویزها و سیگنال‌های مزاحم جدا از هم جدا شود و فیلتر کنند.
۲. کاربرد خازن در مدارهای تنظیم کننده: خازن‌ها در مدارهای تنظیم کننده مانند اینورترها و مبدل‌های DC به AC استفاده میشوند تا فرکانس سیگنال را تنظیم کنند.
۳. کاربرد خازن در مدارهای ذخیره‌سازی: خازن‌ها در مدارهای ذخیره‌سازی انرژی مانند باتری‌ها و سوئیچ‌های خازنی استفاده میشوند.
۴. کاربرد خازن در مدارهای توزیع برق: خازن‌ها در مدارهای توزیع برق برای کاهش ضریب قدرت (Power Factor Correction) استفاده میشوند.
۵. کاربرد خازن در مدارهای الکترونیکی: از خازن در تمامی دستگاه های الکترونیکی استفاده میشود. به طور مثال، در مدارهای آمپلی‌فایر، خازن‌ها به عنوان فیلترهای AC استفاده میشوند تا سیگنال ورودی را از نویز AC جدا کنند. همچنین، خازن‌ها به عنوان قطعه‌ای اساسی در مدارهای سوئیچینگ، درایورهای موتور، رله‌ها و سایر دستگاه‌های الکترونیکی مورد استفاده قرار می‌گیرند.
۶- انتقال اطلاعات: خازن‌ها برای انتقال اطلاعات در مدارهای الکترونیکی استفاده میشوند. در مدارهای تنظیم‌کننده و پایدار‌کننده ولتاژ، خازن به عنوان عنصری برای کنترل ولتاژ استفاده میشود. همچنین، در مدارهای تقویت کننده صوتی و تصویری نیز خازن به عنوان عنصری برای انتقال سیگنال‌های الکتریکی با فرکانس بالااستفاده میشود.
منظور از ظرفیت خازن چیست؟
شاید این سوال برایتان پیش بیاید که خب منظور از ظرفیت خازن چیست؟ ببینید ظرفیت به مقدار بار الکتریکی که می‌تواند نگه دارد، بستگی دارد. ظرفیت خازن با افزایش فاصله بین دو الکترود و کاهش ضخامت عایق بین آنها افزایش می‌یابد. ما در مقاله ای جداگانه در مورد نحوه محاسبه ظرفیت خازن توضیحاتی داده ایم:) آن هم با زبانی ساده و قابل فهم.
ولتاژ خازن چیست؟
در مابین محتوا قطعا با عنوان «ولتاژ خازن رو‌به‌رو میشوید» چه بهتر است که قبل از هر چیز معنای ان را بدانید. خب در مورد این موضوع باید بدانید که ولتاژ خازن به مقدار بیشینه ولتاژی اشاره دارد که یک خازن می‌تواند تحمل کند بدون این که خراب شود یا به طور قابل توجهی عمر کاری آن کاهش یابد. به عبارت دیگر، ولتاژ خازن به حداکثر ولتاژی اشاره دارد که میتوان بر روی الکترودهای خازن قرار داد تا خازن دچار خرابی نشود.
در زمان نصب و استفاده از خازن باید به این نکته توجه کرد که ولتاژ بیشتر از حد مجاز، باعث ایجاد آسیب به خازن میشود، مثلا ظرفیت خازن کاهش پیدا میکن .، نشت جریان، افزایش دمای خازن و یا حتی شکستن الکترودهای خازن باشد. بنابراین، برای استفاده از خازن در مدارهای الکترونیکی، باید به ولتاژ خازن توجه کنیم و از اعمال ولتاژ بیشتر از ولتاژ خازن بر روی آن خودداری کنیم.
در بسیاری از موارد، ولتاژ خازن به عنوان یکی از مشخصات فنی خازن در دسترس است و باید قبل از استفاده از خازن در مدارهای الکترونیکی، به این مشخصه توجه شود. همچنین، در طراحی مدارهای الکترونیکی باید از ولتاژ خازن در نظر گرفته شود و با استفاده از خازن‌هایی با ولتاژ کاری مناسب، از خرابی و نقص در دستگاه‌های الکترونیکی جلوگیری شود.
چگونه میتوان خازن‌ها را تست کرد؟
خازن‌ها هم مانند هر قطعه دیگری که در ساخت دستگاه مورد استفاده قرار میگیرد، ممکن است به دلایل مختلفی نظیر عدم کیفیت ساخت، خرابی، خستگی، تغییر در مشخصات الکتریکی و … ممکن است دچار مشکل شوند. هر گونه مشکلی که برای خازن به وجود بیاید، باعث میشود تا عملکرد دستگاه‌های الکترونیکی کاهش پیدا کند. بنابراین، برای اطمینان از عملکرد صحیح خازن‌ها و اطمینان از این که آنها به درستی کار می‌کنند، تست خازن‌ها بسیار مهم است. نگاه به کوچیک بودن خازن نکنید، همین قطعه ریز، وظیفه مهمی بر دوش دارد و باید تست شود 🙂 فکرش را بکنید، همین قطعه کوچک اگر خراب شود، باعث میشود یک قولی مانند تلویزیون های بزرگ اصلا روشن نشوند. به همین راحتی.
حالا برویم سراغ بحث مهم تست خازن :
برای «تست خازن‌ها» میتوان از دستگاه‌های تست خازن استفاده کرد. این دستگاه‌ها برای اندازه‌گیری و تست ویژگی‌های خازن‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. برای تست خازن‌ها میتوان به دو روش زیر اقدام کرد:
۱. تست خازن با استفاده از ابزار اندازه‌گیری: برای تست خازن با استفاده از ابزار اندازه‌گیری، ابتدا خازن از مدار خارج شده و سپس با استفاده از دستگاه اندازه‌گیری خازن، مقدار ظرفیت آن اندازه‌گیری میشود. در این روش، ابزار اندازه‌گیری خاصولی برای اندازه‌گیری خازن‌ها دارد که بسته به نوع خازن و دقت مورد نظر باید از آن استفاده کرد. اما به طور کلی، برای اندازه‌گیری خازن‌ها میتوان از دو روش زیر استفاده کرد:
۱-۱- تست خازن با استفاده از مولتی‌متر: مولتی متر یکی از بهترین دستگاه ها برای اندازه‌گیری ظرفیت خازن است. برای استفاده از این دستگاه کافیست خازن را از مدار خارج کرده و با استفاده از مولتی‌متر، بر روی حالت اندازه‌گیری ظرفیت قرار داده بدهید. در این حالت، با اتصال دو قطبی مولتی‌متر به دو الکترود خازن، مقدار ظرفیت خازن اندازه‌گیری میشود. برای این کار، باید ابتدا مولتی‌متر را در حالت اندازه‌گیری ظرفیت قرار داده و سپس قطبی مثبت و منفی مولتی‌متر را به ترتیب به الکترودهای مثبت و منفی خازن وصل کرد.
۱-۲- تست خازن با استفاده از جریان متناوب: روش دیگر تست خازن، با کمک جریان متناوب انجام میشود. در این روش میبایست خازن به یک منبع جریان متناوب وصل میشود و جریان متناوبی که از خازن عبور میکند اندازه‌گیری میشود. با توجه به فرکانس جریانمتناوب و مقدار ظرفیت خازن، میتوان از رابطه‌ی زیر برای محاسبه‌ی مقاومت خازن استفاده کرد:
R = 1 / (2 * pi * f * C)
در این رابطه، R مقاومت خازن، f فرکانس جریان متناوب و C ظرفیت خازن است. با توجه به مقدار جریان متناوب و مقاومت خازن، میتوان مقدار ظرفیت خازن را محاسبه کرد.
۴. تست خازن با استفاده از دستگاه تست خازن: دستگاه تست خازن در بازار موجود است. با کمک این دستگاه، میتوان تست ظرفیت، تنش الکتریکی، تعویض جایگاه الکترودها و موارد دیگری را بررسی کرد.
دوره محاسبه بانک خازنی
منظور از بانک خازنی مجموعه‌ای از خازن‌هاست که به صورت موازی یا سری به یکدیگر متصل شده‌اند تا در مدارهای الکترونیکی برای انبار کردن بار الکتریکی و تنظیم ولتاژ استفاده میشوند. محاسب بانک خازنی کمی پیچیده است. به همین دلیل پیشنهاد میکنیم در دوره محاسبه بانک خازنی شرکت نمایید.
دوره پیشنهاد برای شما
تماس با ازبیلت برای کسب راهنمایی
Vloss خازن چیست؟
Vloss یا اتلاف ولتاژ در خازن به مقدار ولتاژی اشاره دارد که در طول زمان در خازن از بین میرود. به عبارت دیگر، Vloss به اندازه‌ای است که ولتاژ هدر میرود.
سخن آخر در مورد خازن چیست و چگونه کار میکند و چه کاربردهایی دارد؟
تا اینجا این مطلب تخصصی، با اینکه خازن چیست و کاربرد خازن در مدارهای الکتریکی و الکترونیکی آشنا شدید و دانستید که ولتاژ خازن و ظرفیت چیست و از چند نوع روش برای نصب خازن روی مدار استفاده میشود. حال اگر سوالی در مورد خازن دارید، در زیر بنویسید. مهندسین سودا در اولین فرصت به شما پاسخ میدهند.
