آموزش الکترونیکالکترونیک

خازن چیست و چگونه کار میکند؟ آشنایی با خازن ها

خازن یک جزء الکتریکی با دو ترمینال است. همراه با مقاومت ها و سلف ها ، آن ها یکی از اساسی ترین اجزای منفعل هستند که ما از آن ها استفاده می کنیم. برای یافتن مداری که خازنی در آن وجود نداشته باشد ، باید بسیار سخت جستجو کنید.

چیزی که خازن ها را خاص می کند، توانایی آن ها برای ذخیره انرژی است. آن ها مانند یک باتری برقی کاملاً شارژ شده هستند. خازن ها ، انواع مختلفی از کاربرد های حیاتی را در مدار ها دارند. کاربرد های رایج شامل ذخیره انرژی محلی ، کاهش ولتاژ و فیلتر کردن سیگنال پیچیده است.

آنچه در این آموزش به آن پرداخته می شود:

  • در این آموزش ، انواع موضوعات مرتبط با خازن را بررسی خواهیم کرد ، از جمله:
  • خازن چگونه ساخته می شود؟
  • خازن چگونه کار می کند؟
  • واحد های خازنی و انواع خازن ها
  • چگونه خازن ها را تشخیص دهیم؟
  • چگونه خازن به صورت سری و موازی ترکیب می شود؟
  • برنامه های کاربردی مشترک خازن؟

مطالب پیشنهادی برای خواندن : برخی از مفاهیم این آموزش بر اساس دانش قبلی الکترونیک است. قبل از شروع به این آموزش ، ابتدا این موارد را بخوانید:

نماد خازن در مدار

برای رسم خازن به صورت طرح کلی دو روش معمول وجود دارد. آنها همیشه دو ترمینال دارند که به بقیه مدار متصل می شوند. نماد خازن ها از دو خط موازی تشکیل شده است که به صورت صاف یا منحنی هستند. هر دو خط باید موازی یکدیگر باشند ، نزدیک باشند ،اما به یکدیگر برخورد نکنند (این در واقع نمایانگر نحوه ساخت خازن است. شاید توصیف آن سخت باشد اما نشان دادن آن آسان تر است):

برای یادگیری کامل آردوینو (برنامه نویسی حرفه ای، ارتباط با اندروید، ساخت ربات) ، روی دوره آموزش آردوینو کلیک کنید.

همچنین اگر میخواهید الکترونیک را با فیلم های آموزشی یاد بگیرید، روی دوره آموزش الکترونیک کلیک کنید.

نماد خازن در مدار
(1) و (2) نماد های مدار خازن استاندارد هستند. (3) نمونه ای از نماد های خازن است که در مدار تنظیم کننده ولتاژ عمل می کند.

علامت با خط منحنی (شماره 2 در عکس بالا) نشان دهنده قطبی بودن خازن است ، به این معنی که احتمالاً این خازن الکترولیتی است. اطلاعات بیشتر در این مورد در بخش خازن ها در این مقاله آموزشی است.

هر خازن باید با یک نام – C1 ، C2 و غیره – و یک مقدار همراه باشد. این مقدار باید ظرفیت خازن را نشان دهد که چند فاراد دارد .
بیایید در مورد فاراد صحبت کنیم…

ظرفیت خازن چیست

همه خازن ها برابر نیستند. هر خازن ساخته شده است تا مقدار مشخصی ظرفیت را داشته باشد. ظرفیت خازن به شما می گوید که چقدر می تواند شارژ ذخیره کند ، ظرفیت بیشتر به معنای فضای بیشتر برای ذخیره شارژ است. واحد استاندارد خازن فاراد نام دارد که مخفف آن F است.

به نظر می رسد که یک فاراد ظرفیت زیادی دارد ، حتی 0.001F (1 میلی فاراد – 1mF) یک خازن بزرگ است. معمولاً خازن هایی را که می بینید در محدوده پیکوفاراد (10-12) تا میکروفاراد (10-6) قرار دارند.

نام پیشوند مخفف وزن معادل فاراد
پیکو فاراد pF 10-12 0.000000000001 F
نانو فاراد nF 10-9 0.000000001 F
میکرو فاراد µF 10-6 0.000001 F
میلی فاراد mF 10-3 0.001 F
کیلو فاراد kF 103 1000 F

هنگامی که وارد محدوده ظرفیت فاراد تا کیلو فاراد می شوید ، در مورد خازن های ویژه ای به نام خازن های خاص یا فوق العاده صحبت می کنید.

چگونه خازن ساخته می شود ؟

نماد طرح کلی یک خازن در واقع شباهت زیادی به نحوه ساخت آن دارد. یک خازن از دو صفحه فلزی و یک ماده عایق به نام دی الکتریک ایجاد می شود. صفحات فلزی به طور موازی بسیار نزدیک به یکدیگر قرار می گیرند ، اما دی الکتریک بین آن ها وجود دارد تا مطمئن شود که به یکدیگر برخورد نمی کند.

چگونه خازن ساخته می شود ؟
خازن استاندارد شما: دو صفحه فلزی که توسط یک دی الکتریک عایق از هم جدا شده اند.

دی الکتریک می تواند از انواع مواد عایق ساخته شود: کاغذ ، شیشه ، لاستیک ، سرامیک ، یا هر چیزی که مانع جاری شدن جریان شود.

صفحات از یک ماده رسانا ساخته شده اند: آلومینیوم ، تانتالوم ، نقره یا فلزات دیگر. هر کدام از آن ها به یک سیم خروجی متصل می شوند ، همان چیزی که در نهایت به بقیه مدار متصل می شود.

ظرفیت خازن به نحوه ساخت آن بستگی دارد. ظرفیت بیشتر به یک خازن بزرگتر نیاز دارد. صفحات با سطح همپوشانی بیشتر ظرفیت بیشتری دارند ، در حالی که فاصله بیشتر بین صفحات به معنای ظرفیت کمتر است. مواد دی الکتریک حتی در تعداد فاراد خازن تأثیر دارد.

فرمول ظرفیت خازن

ظرفیت کل خازن را می توان با معادله محاسبه کرد:

همچنین اگر در مورد این مطلب سوالی داشتید در انتهای صفحه در قسمت نظرات بپرسید

فرمول ظرفیت خازن

که εr ضریب نسبی دی الکتریک است (مقدار ثابتی که توسط ماده دی الکتریک تعیین می شود) ، A مقدار مساحت صفحات با یکدیگر است و d فاصله بین صفحات است.

خازن چگونه کار می کند ؟

جریان الکتریکی بار الکتریکی جاری شده است ، یعنی همان چیزی که اجزای الکتریکی تحت کنترل خود می گیرند تا روشن شود ، یا بچرخد و یا هر چیزی انجام دهند. وقتی جریان به خازن می ریزد ، بار ها روی صفحات گیر می کنند زیرا نمی توانند از دی الکتریک عایق عبور کنند. الکترون ها – ذرات دارای بار منفی – به یکی از صفحات جذب می شوند و به طور کلی دارای بار منفی می شوند. جرم زیاد بار های منفی در یک صفحه مانند بارهای صفحه دیگر از آن دور می شود و باعث ایجاد بار مثبت می شود.

خازن چگونه کار می کند ؟

بارهای مثبت و منفی بر روی هر کدام از این صفحات یکدیگر را جذب می کنند، زیرا این کاری است که بارهای مخالف انجام می دهند. اما ، با قرار گرفتن دی الکتریک بین آن ها ، تا آنجا که آن ها می خواهند با هم جمع شوند ، بار ها برای همیشه روی صفحه می مانند (تا زمانی که جایی دیگر برای رفتن ندارند). بار های ثابت روی این صفحات یک میدان الکتریکی ایجاد می کنند ، که انرژی و ولتاژ پتانسیل الکتریکی را تحت تأثیر قرار می دهد. وقتی بار ها روی خازنی از این قبیل جمع می شوند ، خازن انرژی الکتریکی را ذخیره می کند درست همانطور که باتری ممکن است انرژی شیمیایی را در خود ذخیره کند.

مطلب پیشنهادی:  مدار دیمر چیست؟ تحلیل انواع مدار دیمر AC و...

شارژ و تخلیه خازن

وقتی بارهای مثبت و منفی روی صفحات خازن به هم می رسند ، خازن شارژ می شود. یک خازن می تواند میدان الکتریکی خود را حفظ کند – شارژ خود را حفظ کند – زیرا بارهای مثبت و منفی روی هر یک از صفحات یکدیگر را جذب می کنند اما هرگز به یکدیگر نمی رسند.

در برخی مواقع صفحات خازن چنان پر از شارژ می شوند که دیگر نمی توانند بیشتر از این انرژی ذخیره کنند. بار های منفی زیادی در یک صفحه وجود دارد که می توانند هرکسی را که سعی دارد به آن ها بپیوندد دفع کند. اینجاست که ظرفیت (farads) یک خازن وارد عمل می شود ، که به شما می گوید حداکثر میزان شارژ را می توانید ذخیره کنید.

اگر مسیری در مدار ایجاد شود ، که به بار ها این امکان را بدهد مسیر دیگری به یکدیگر پیدا کنند ، آنها خازن را ترک می کنند و تخلیه می شود.

شارژ و تخلیه خازن

به عنوان مثال ، در مدار زیر ، می توان از یک باتری برای القای پتانسیل الکتریکی در خازن استفاده کرد. این باعث می شود که بار های برابر اما متضادی روی هر یک از صفحات جمع شوند ، تا زمانی که کاملاً پر شوند و هر جریان بیشتری را دفع کنند. یک LED قرار گرفته به صورت سری با خازن می تواند مسیری را برای جریان فراهم کند و از انرژی ذخیره شده در خازن می توان برای روشنایی کوتاه LED استفاده کرد.

محاسبه ولتاژ خازن

ظرفیت خازن – مقدار زیادی از فاراد – به شما می گوید که چه میزان شارژ را می تواند ذخیره کند. میزان شارژ خازن در حال حاضر ، به اختلاف پتانسیل (ولتاژ) بین صفحات آن بستگی دارد. این رابطه بین بار ، ظرفیت و ولتاژ را می توان با این معادله مدل کرد:

Q = CV

بار (Q) ذخیره شده در یک خازن ، حاصلضرب ظرفیت آن (C) و ولتاژ (V) وارد شده به آن است.

ظرفیت خازن باید همیشه یک مقدار ثابت و مشخص باشد. بنابراین می توانیم ولتاژ را برای افزایش یا کاهش شارژ خازن تنظیم کنیم. ولتاژ بیشتر به معنای شارژ بیشتر ، ولتاژ کمتر به معنای شارژ کمتر است.

این معادله همچنین روش خوبی برای تعریف ارزش یک فاراد به ما می دهد. یک فاراد (F) ظرفیت ذخیره شده یک واحد انرژی (کولن) در هر ولت است.

محاسبه جریان خازن

ما می توانیم معادله بار / ولتاژ / ظرفیت را یک گام جلوتر ببریم تا دریابیم که چگونه ظرفیت و ولتاژ بر جریان تأثیر می گذارد ، زیرا جریان میزان بار الکتریکی جاری شده است. اصل رابطه خازن با ولتاژ و جریان این است: مقدار جریان از طریق خازن هم به ظرفیت و هم به سرعت بالا رفتن یا افت ولتاژ بستگی دارد. اگر ولتاژ خازن با سرعت افزایش یابد ، جریان مثبت زیادی از طریق خازن القا می شود. القای ولتاژ کندتر در خازن برابر با جریان کوچکتر از طریق آن است. اگر ولتاژ یک خازن ثابت و بدون تغییر باشد ، هیچ جریانی از آن عبور نمی کند.

معادله محاسبه جریان از طریق خازن:

فرمول محاسبه جریان خازن

قسمت dV / dt این معادله یک مشتق (روشی برای گفتن سرعت آنی) ولتاژ در طول زمان است ، این معادل این است که بگوییم “ولتاژ در همین لحظه با چه سرعتی بالا یا پایین می رود”. نتیجه مهم این معادله این است که اگر ولتاژ ثابت باشد ، مشتق آن صفر است ، به این معنی که جریان نیز صفر است. به همین دلیل است که جریان نمی تواند از طریق خازنی که ولتاژ ثابت و مستقیمی دارد ، جریان یابد.

انواع خازن ها

انواع خازن های مختلفی وجود دارد که هرکدام از آنها دارای ویژگی ها و اشکال خاصی هستند که باعث می شود در برخی از کاربرد ها از بقیه بهتر باشد.
هنگام تصمیم گیری در مورد انواع خازن عوامل مهمی را باید در نظر گرفت:

  • اندازه – اندازه هم از نظر حجم فیزیکی و هم از نظر ظرفیت. طبیعی نیست که خازن بزرگترین جزء در یک مدار باشد. آن ها همچنین می توانند بسیار ریز باشند. ظرفیت بیشتر معمولاً به یک خازن بزرگتر نیاز دارد.
  • حداکثر ولتاژ – هر خازن برای حداکثر ولتاژی که می تواند از روی آن تخلیه شود رتبه بندی می شود. برخی از خازن ها ممکن است 1.5 ولت و برخی دیگر 100 ولت درجه بندی شوند. ولتاژ بیش از حد معمولاً منجر به تخریب خازن می شود.
  • جریان نشتی خازن ها کامل نیستند. هر خازن مستعد نشت مقدار کمی جریان از طریق دی الکتریک از یک خروجی به دیگری است. این افت جریان ناچیز (معمولاً در حد نانو آمپر یا کمتر) نشت نامیده می شود.
    . نشت باعث می شود انرژی ذخیره شده در خازن به آرامی تخلیه شود.
  • مقاومت معادل سری (ESR) خروجی های یک خازن 100٪ رسانا نیستند ، آن ها همیشه مقدار کمی مقاومت دارند (معمولاً کمتر از 0.01Ω) . این مقاومت زمانی مشکل ایجاد می کند که جریان زیادی از طریق خازن عبور می کند و باعث تولید گرما و اتلاف انرژی می شود.
  • خطای مجاز – همچنین نمی توان خازن ها را خازنی دقیق دانست. هر خازن برای ظرفیت اسمی خود درجه بندی می شود ، اما بسته به نوع آن ، مقدار دقیق ممکن است از 1 تا 20 ± مقدار مورد نظر متفاوت باشد.

خازن های سرامیکی

پر کاربرد ترین خازن، خازن سرامیکی است. این نام برگرفته از ماده ای است که دی الکتریک آن ها ساخته شده است.

خازن های سرامیکی معمولاً هم از نظر فیزیکی و هم از نظر ظرفیت خازنی کوچک هستند. یافتن یک خازن سرامیکی بسیار بزرگتر از 10μF دشوار است. یک خازم سرامیکی نصب شده روی سطح معمولاً در بسته های کوچک 0402 (0.4 mm x 0.2 mm) ، 0603 (0.6 mm x 0.3 mm) یا 0805 وجود دارد. خازن های سرامیکی پایه دار معمولاً شبیه لامپ های کوچک (معمولاً زرد یا قرمز) هستند که دارای دو خروجی به صورت سیم می باشند.

مطلب پیشنهادی:  آموزش کامل مدار تشخیص گذر از صفر (آشکارساز عبور از 0)
خازن های سرامیکی
دو خازن پایه دار ؛ یک خازن 22pF در سمت چپ و 0.1 میکرومتر در سمت راست. در وسط ، یک خازن کوچک نصب سحطی با مقدار 0/1 μF 0603 وجود دارد.

در مقایسه با خازن های الکترولیتی که خیلی هم محبوب هستند ، خازن های سرامیکی کاملاً ایده آل تر هستند (ESR و جریان نشتی بسیار پایین تر) ، اما ظرفیت کوچک آن ها می تواند محدود کننده باشد. آن ها معمولاً کم هزینه ترین گزینه نیز هستند. این خازن ها برای کاربرد های اتصال و جداسازی با فرکانس بالا بسیار مناسب هستند.

الکترولیت آلومینیومی و تانتالوم

الکترولیت ها بسیار عالی هستند زیرا می توانند ظرفیت زیادی را در حجم نسبتاً کمی ذخیره کنند. اگر به خازنی در محدوده 1µF-1mF نیاز دارید ، به احتمال زیاد آن را به صورت الکترولیتی پیدا خواهید کرد. به ویژه به دلیل رتبه بندی ولتاژ حداکثر نسبتاً بالا ، به ویژه برای موارد ولتاژ بالا مناسب هستند.

خازن های الکترولیتی آلومینیومی ، محبوب ترین خانواده الکترولیتی هستند، معمولاً مانند قوطی های حلبی کوچکی هستند که هر دو سر آن از پایین امتداد دارند.

الکترولیت آلومینیومی و تانتالوم
مجموعه ای از خازن های الکترولیتی پایه دار و نصب شده روی سطح. توجه داشته باشید که هر یک روش مشخصی برای علامت گذاری کاتد دارد (سیم اتصال منفی).

متأسفانه ، خازن های الکترولیتی معمولاً قطبی هستند. آن ها دارای یک پین مثبت – آند – و یک پایه منفی به نام کاتد هستند. وقتی ولتاژ به خازن الکترولیتی اعمال می شود ، آند باید در ولتاژ بالاتر از کاتد باشد. کاتد خازن الکترولیتی معمولاً با علامت “-” و یک نوار رنگی روی کیس مشخص می شود. پایه آند نیز ممکن است به عنوان نشانه دیگری کمی بلندتر باشد. اگر ولتاژ به صورت معکوس بر روی خازن الکترولیتی اعمال شود ، آن ها به طور چشمگیری از بین می روند (باز می شوند و باز می شوند) و برای همیشه از بین می روند. بعد از بیرون آمدن خازن الکترولیتی مانند یک اتصال کوتاه رفتار می کند.

این خازن ها به دلیل نشت نیز مشهور هستند – اجازه می دهد مقدار کمی جریان (به ترتیب nA) از طریق دی الکتریک از یک ترمینال به ترمینال دیگر عبور کند. این باعث می شود خازن های الکترولیتی برای ذخیره انرژی کمتر از حد ایده آل باشند ، که با توجه به ظرفیت بالا و درجه ولتاژ آن ها جای تاسف دارد.

ابر خازن ها

اگر به دنبال خازن ساخته شده برای ذخیره انرژی هستید ، بیش از این به خازن های بزرگ نگاه نکنید. این خازن ها به طوری طراحی شده اند تا در محدوده فاراد ظرفیت بسیار بالایی داشته باشند.

ابر خازن ها
ابرخازن 1F (!). ظرفیت بالا ، اما فقط دارای ولتاژ 2.5 ولت است. این خازن ها نیز قطبی هستند.

در حالی که آن ها می توانند مقدار زیادی شارژ را ذخیره کنند ، نمی توانند با ولتاژ های بسیار بالا کنار بیایند. این ابرخازن 10F فقط برای حداکثر 2.5 ولت ارزیابی شده است. ولتاژ بیشتر از این باعث نابودی آن خواهد شد. ابر خازن ها معمولاً به صورت سری قرار می گیرند تا درجه ولتاژ بالاتری بدست آورند (ضمن کاهش ظرفیت کل).

کاربرد اصلی ابرخازن ها در ذخیره و آزاد سازی انرژی است ، مانند باتری ها که رقیب اصلی آن ها است. در حالی که یک ابر خازن نمی تواند به اندازه یک باتری به همان اندازه انرژی نگه دارد ، اما می تواند با سرعت بیشتری آن را آزاد کند و طول عمر آن ها معمولاً بسیار بیشتر است.

برای کسب اطلاعات بیشتر، مقاله ابرخازن چیست را بخوانید.

دیگر خازن ها

خازن های الکترولیتی و سرامیکی حدود 80٪ از انواع خازن موجود را پوشش می دهند (و ابر خازن ها فقط حدود 2٪ می باشند، اما آن ها فوق العاده هستند!) یکی دیگر از انواع خازن های متداول خازن لایه نازک است که دارای تلفات پارازیتی بسیار کمی است (ESR) ، و آن ها را برای مقابله با جریان های بسیار بالا عالی می سازند.

تعداد زیادی خازن های معمولی نیز وجود دارد. خازن های متغیر می توانند طیف وسیعی از خازن ها را تولید کنند ، که آنها را به گزینه خوبی برای مقاومت متغیر در مدار های تنظیم کننده تبدیل می کند. سیم های در هم پیچ خورده یا PCB می توانند خازن ایجاد کنند (گاهی اوقات نامطلوب است) زیرا هر کدام از دو رسانا تشکیل شده است که توسط یک عایق جدا شده اند. شیشه های لیدن یک ظرف شیشه ای پر از هادی ها و احاطه شده توسط رساناها از خانواده خازن ها هستند. درنهایت، خازن های شار (ترکیبی عجیب از سلف و خازن) بسیار مهم هستند.

خازن ها به صورت سری / موازی

دقیقاً مانند مقاومت ها ، خازن های زیادی را می توان به صورت سری یا موازی ترکیب کرد و یک ظرفیت خالص معادل را ایجاد کرد. خازن ها ، به طریقی کاملاً برعکس مقاومت ها با هم جمع می شوند.

خازن ها به صورت موازی

وقتی خازن ها به طور موازی با یکدیگر قرار می گیرند ، خازن کل مجموع همه ظرفیت ها است. این مشابه روشی است که مقاومت ها به صورت سری اضافه می کنند.

خازن ها به صورت موازی

بنابراین ، به عنوان مثال ، اگر سه خازن با ارزش 10µF ، 1µF و 0.1µF به طور موازی داشته باشید ، ظرفیت كل 11.1µF (10 + 1 + 0.1) خواهد بود.

خازن ها به صورت سری

دقیقاً مانند مقاومت هایی که به طور موازی اضافه می شود ، خازن ها صورت سری قرار می گیرند . ظرفیت کل خازن های N به صورت سری معکوس مجموع تمام خازن های معکوس است.

خازن ها به صورت سری

اگر فقط دو خازن به صورت سری دارید ، می توانید از روش “حاصلضرب بر روی مجموع” برای محاسبه ظرفیت کل استفاده کنید:

فرمول محاسبه ظرفیت کل خازن های سری

با درنظر گرفتن این معادله ، اگر دو خازن با مقدار برابر بصورت سری داشته باشید ، خازن کل نیمی از مقدار آنها است. به عنوان مثال دو ابر خازن 10F در مدار سری ظرفیت کل 5F را تولید می کنند (همچنین این مزیت دو برابر شدن ولتاژ خازن کل را دارد ، از 2.5 ولت به 5 ولت).

کاربرد خازن ها

تعداد زیادی برنامه کاربردی برای این جزء منفعل(در واقع معمولاً بسیار بزرگ هستند) وجود دارد. برای اینکه بتوانید طیف وسیعی از کاربرد های آن ها را بشناسید ، در اینجا چند مثال آورده شده است:

خازن‌ های جداکننده (بای پس)

بسیاری از خازن‌های که در مدارات می‌بینید, به ویژه آن‌ هایی که دارای یک مدار انتگرال گیر هستند, در حال جداسازی هستند. وظیفه خازن مجزا کردن نویز با فرکانس بالا در سیگنال‌ های منبع تغذیه است. آن‌ ها امواج کوچک ولتاژ را که ممکن است برای ic های حساس مضر باشد, از منبع ولتاژ می‌گیرند.

مطلب پیشنهادی:  مدار دیود کلمپر چیست ؟ (انواع مدار کلمپ دیودی)

به این ترتیب, خازن‌ های جداکننده به صورت یک منبع برق بسیار کوچک و محلی برایic ها (تقریبا مانند یک منبع برق غیرقابل بازیافت) عمل می‌کنند. اگر تامین برق بطور موقت ولتاژ آن را کاهش دهد (که در واقع بسیار رایج است, به خصوص زمانی که مدار تغذیه به طور مداوم نیاز های بار خود را تغییر می‌دهد), یک خازن جداساز می‌تواند به طور خلاصه قدرت را در ولتاژ درست تامین کند. به همین دلیل است که این خازن‌ ها همچنین می‌توانند به عنوان یک منبع قدرت عمل کنند و به طور موقت می‌توانند بعنوان یک منبع قدرت عمل کنند.

خازن‌ های جداکننده بین منبع برق متصل می‌شوند. استفاده از دو یا چند نوع خازن با مقدارمتفاوت, حتی متفاوت نیست, زیرا برخی از مقادیر خازن بهتر از دیگر انواع خازن هستند که فرکانس‌ های مشخصی از نویز را فیلتر می‌کنند.

خازن‌ های جداکننده(بای پس)
در این طرح ، سه خازن جداکننده برای کمک به کاهش نویز در یک منبع ولتاژ شتاب سنج استفاده می شوند. دو خازن سرامیک 0.1 μF و یک خازن الکترولیت تانتالوم 10 μF.

در حالی که به نظر می رسد این ممکن است یک اتصال کوتاه از برق به زمین ایجاد کند ، فقط سیگنال های با فرکانس بالا می توانند از طریق خازن به زمین منتقل شوند. سیگنال DC دقیقاً مطابق میل به IC می رود. دلیل دیگری که به آنها خازن های بای پس گفته می شود این است که فرکانس های بالا (در محدوده کیلوهرتز-مگاهرتز) IC را دور می زنند ، در عوض از طریق خازن عبور می کنند تا زمین شوند.

هنگام قرار دادن خازن های جداکننده به طور فیزیکی ، آن ها باید همیشه در نزدیکی یک IC قرار بگیرند. هرچه دورتر شوند ، از تأثیر کمتری برخوردار خواهند شد.

در اینجا طرح مدار فیزیکی از شماتیک بالا آورده شده است. آی سی کوچک و سیاه و سفید توسط دو خازن 0.1 میکرومتر (خازن های قهوه ای) و یک خازن الکترولیتی تانتالوم 10 میکرومتر (خازن مستطیلی بلند ، سیاه و خاکستری) احاطه شده است.

طرح فیزیکی خازن بای پس

برای پیروی از روش های خوب مهندسی ، همیشه حداقل یک خازن جداکننده را به هر IC اضافه کنید. معمولا 0.1 میکرومتر انتخاب خوبی است ، یا حتی برخی از خازن های 1 میکرومتر یا 10 میکرومتر را اضافه کنید. اینها علاوه بر ارزان هستند و به شما اطمینان می دهند که تراشه تحت ولتاژ یا افت زیاد نباشد.

فیلتر منبع تغذیه

از یکسو کننده های دیود می توان ولتاژ AC خارج شده از دیواره شما را به ولتاژ DC مورد نیاز اکثر وسایل الکترونیکی تبدیل کرد. اما دیود ها به تنهایی نمی توانند سیگنال AC را به سیگنال DC تبدیل کنند ، آن ها به کمک خازن ها نیاز دارند! با افزودن یک خازن موازی به یکسوساز پل ، یک سیگنال اصلاح شده بدست می آید مانند این:

تبدیل سیگنال AC به DC با خازن

می توان به سیگنال DC نزدیک به سطح زیر تبدیل کرد:

فیلتر منبع تغذیه با خازن

خازن ها اجزای سرسختی هستند ، آن ها همیشه سعی می کنند در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ مقاومت کنند. با افزایش ولتاژ اصلاح شده خازن فیلتر شارژ می شود. هنگامی که ولتاژ تصحیح شده در خازن شروع به کاهش سریع می کند ، خازن به بانک ذخیره شده خود دسترسی پیدا می کند و با تأمین انرژی ،بار بسیار آهسته تخلیه می شود. قبل از شروع دوباره افزایش سیگنال اصلاح شده ورودی ، شارژ مجدد خازن ، خازن نباید کاملاً تخلیه شود. تا زمانی که منبع تغذیه استفاده شود ، این مراحل بار ها تکرار می شود.

طراحی مدار فیلتر تغذیه با خازن
یک مدار منبع تغذیه AC به DC می باشد. فیلتر خازن (C1) در روان سازی سیگنال DC ارسال شده به مدار بار بسیار مهم است.

اگر هر منبع تغذیه AC-DC را از هم جدا کنید ، حتماً حداقل یک خازن نسبتاً بزرگ را پیدا خواهید کرد. در زیر آداپتور دیواری 9 ولت DC آورده شده است. به خازنی هایی که در آنجا وجود دارد توجه کنید!

خازن های آداپتور دیواری 9 ولت

ممکن است خازن های بیشتری از آنچه فکر می کنید وجود داشته باشد! چهار خازن الکترولیتی ، قوطی حلبی وجود دارد که از 47µFF تا 1000µFF متغیر است. مستطیل بزرگ و زرد رنگ در پیش میدان یک خارن لایه نازک پلی پروپیلن با ولتاژ بالا 0/1 میکرومتر است. خازن آبی به شکل دیسک و خازن سبز کوچک در وسط هر دو سرامیک هستند.

ذخیره و تأمین انرژی

بدیهی است که اگر یک خازن انرژی را ذخیره کند ، یکی دیگر از بسیاری از کاربردهای آن، تأمین انرژی آن به یک مدار است ، دقیقاً مانند باتری. مشکل این است که چگالی انرژی خازن ها بسیار کمتر از باتری ها است. آن ها فقط نمی توانند به اندازه یک باتری شیمیایی به همان اندازه انرژی بسته بندی کنند (اما این مشکل در حال کاهش است!)

ویژگی مثبت خازن ها این است که آن ها معمولاً عمر طولانی تری نسبت به باتری ها دارند که باعث می شود از نظر محیطی انتخاب بهتری داشته باشند. آن ها همچنین قادر به تحویل انرژی بسیار سریعتر از باتری هستند که باعث می شود آنها برای برنامه هایی که به انفجار کوتاه ، اما زیاد نیاز دارند ، مناسب باشند. یک فلاش دوربین ممکن است انرژی خود را از یک خازن تأمین کند (که به نوبه خود ، احتمالاً توسط یک باتری شارژ می شد).

باتری یا خازن؟

باتری خازن
ظرفیت
تراکم انرژی
نرخ شارژ و تخلیه
طول عمر

فیلترکردن سیگنال

خازن ها به سیگنال های با فرکانس های مختلف پاسخ منحصر به فردی دارند. آنها می توانند اجزای سیگنال با فرکانس پایین یا DC را مسدود کرده و در عین حال اجازه عبور از فرکانس های بالاتر را بدهند. آنها فقط در یک جمع اختصاصی فقط برای فرکانس های بالا هستند.

فیلتر کردن سیگنال ها می تواند در انواع برنامه های پردازش سیگنال مفید باشد. گیرنده های رادیویی ممکن است از یک خازن (در میان سایر اجزای) برای تنظیم فرکانس های نامطلوب استفاده کنند.

نمونه دیگری از فیلتر سیگنال خازنی ، مدارهای متقاطع غیرفعال در داخل بلندگوها است که یک سیگنال صوتی را به تعداد زیادی جدا می کند. یک خازن سری فرکانس های پایین را مسدود می کند ، بنابراین قسمت های با فرکانس بالا باقی مانده سیگنال می توانند به توییتر بلندگو بروند. در مدار فرکانس پایین ، ساب ووفر ، می توان فرکانس های بالا را بیشتر از طریق خازن موازی به زمین منتقل کرد.

فیلترکردن سیگنال
یک مثال بسیار ساده از مدار کراس اوور صوتی. خازن فرکانس های پایین را مسدود می کند ، در حالی که سلف فرکانس های بالا را مسدود می کند. از هر یک می توان برای رساندن سیگنال مناسب به درایورهای تنظیم صدا استفاده کرد.

میخواهید برنامه نویسی STM32 را یاد بگیرید؟

دوره آموزش STM32

میخواهید الکترونیک را یاد بگیرید؟

دوره آموزش الکترونیک
دوره آموزش آردوینو

میخواهید آردوینو را به صورت پروژه محور یاد بگیرید؟ برای مشاهده توضیحات روی دوره مورد نظر کلیک کنید

محمد رحیمی

محمد رحیمی

محمد رحیمی هستم. سعی میکنم در آیرنکس مطالب مفید را قرار دهم. (در خصوص سوال در مورد این مطلب از قسمت نظرات همین مطلب اقدام کنید) سعی میکنم تمام نظرات را پاسخ دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *