ویژگی اصلی خازن های الکترولیتی، مطمئنا، ظرفیت زیاد و ابعاد نسبتاً کوچک آنها نسبت به سایرین است.

خازن های آلومینیومی به طور گسترده در مقایسه با خازن های دیگر دارای ویژگی های خاصی هستند که باید هنگام استفاده از آنها در نظر گرفته شوند.

با توجه به اینکه صفحات آلومینیومی خازن های الکترولیتی پیچ خورده اند تا در محفظه استوانه ای قرار گیرند، اندوکتانس تشکیل می شود. این اندوکتانس در بسیاری از موارد نامطلوب است. همچنین خازن های الکترولیتی آلومینیومی دارای مقاومت سری معادل (ESR یا به سبک خارجی ESR) هستند. هر چه ESR یک خازن کمتر باشد، بهتر است و برای کار در مدارهایی که فیلتر ریپل فرکانس بالا مورد نیاز است، مناسب تر است. یک مثال می تواند یک منبع تغذیه سوئیچینگ معمولی برای یک کامپیوتر یا یک آداپتور برق لپ تاپ باشد.

خازن های الکترولیتی عمدتاً برای صاف کردن موج های جریان در مدارهای یکسو کننده AC استفاده می شوند. علاوه بر این، آنها به طور فعال در فناوری بازتولید صدا برای جدا کردن جریان ضربانی (جریان فرکانس صوتی + جزء ثابت) به یک جزء مستقیم و متناوب جریان فرکانس صوتی استفاده می‌شوند که به مرحله تقویت بعدی تغذیه می‌شود. به این گونه خازن ها خازن های ایزوله می گویند.

در عمل تعمیر، هنگامی که خازن جداکننده "خشک می شود" و بنابراین ظرفیت اصلی خود را از دست می دهد، می توانید با نقص کار مواجه شوید. در عین حال، جریان فرکانس صوتی را از جریان ضربان دار جدا می کند و سیگنال صوتی را به مرحله تقویت بعدی منتقل نمی کند. دامنه سیگنال صوتی در مرحله تقویت مربوطه به شدت کاهش می یابد یا اعوجاج قابل توجهی ایجاد می شود. بنابراین، هنگام تعمیر تقویت کننده ها و سایر تجهیزات بازتولید صدا، ارزش آن را دارد که کارایی خازن های عایق الکترولیتی را به دقت بررسی کنید.

با توجه به این واقعیت که خازن های الکترولیتی دارای پلاریته هستند، در حین کار باید ولتاژ ثابتی روی صفحات آنها حفظ شود. این نقطه ضعف آنهاست. در نتیجه می توان از آنها در مدارهایی با جریان ضربانی یا مستقیم استفاده کرد.

دستگاه یک خازن الکترولیتی آلومینیومی.

برای اینکه بفهمیم خازن های الکترولیتی آلومینیومی چگونه کار می کنند، اجازه دهید یکی از آنها را حل کنیم. عکس یک نمونه جدا شده با ظرفیت 470 میکروفن و ولتاژ نامی 400 ولت را نشان می دهد.

از فرکانس صنعتی گرفتم. باید بگم یک خازن خیلی خوب با ESR پایین.

خازن از دو صفحه آلومینیومی نازک تشکیل شده است که سربها به آنها متصل می شوند. کاغذ بین صفحات آلومینیومی قرار می گیرد. به عنوان دی الکتریک عمل می کند. اما این همه ماجرا نیست. در این حالت، نتیجه یک خازن کاغذ معمولی با ظرفیت کم است.

برای به دست آوردن ظرفیت بیشتر و کاهش اندازه دستگاه تمام شده، کاغذ با الکترولیت آغشته می شود. در عکس ها الکترولیت زرد رنگ در پایین شیشه آلومینیومی را مشاهده می کنید.

سپس کاغذ آغشته به الکترولیت بین صفحات آلومینیومی قرار می گیرد. در نتیجه فرآیندهای الکتروشیمیایی، فویل آلومینیومی تحت اثر یک الکترولیت اکسید می شود. یک لایه نازک از اکسید روی سطح فویل تشکیل می شود - اکسید آلومینیوم (Al 2 O 3). از نظر ظاهری، می توانید به راحتی کناره روکش را با یک لایه نازک اکسید مشخص کنید - تیره تر است.

اکسید آلومینیوم یک دی الکتریک عالی است و خاصیت رسانایی یک طرفه را دارد. بنابراین خازن های الکترولیتی قطبی هستند و فقط می توانند در مدارهایی با جریان ضربانی یا مستقیم کار کنند.

اگر ولتاژی با قطب معکوس به خازن الکترولیتی اعمال شود چه اتفاقی می افتد؟

اگر این اتفاق بیفتد، یک واکنش الکتروشیمیایی شدید آغاز می شود که با گرمایش شدید همراه است. الکترولیت فورا به جوش می آید و خازن "ترک" می زند. به همین دلیل است که هنگام نصب چنین خازنی در مدار، باید قطبیت اتصال آن را به شدت رعایت کنید.

علاوه بر اکسید آلومینیوم (Al 2 O 3) که به لطف آن می توان خازن هایی با ظرفیت الکتریکی زیاد تولید کرد، از ترفندهای دیگری برای افزایش ظرفیت و کاهش اندازه محصول نهایی استفاده می شود. مشخص است که ظرفیت نه تنها به ضخامت لایه دی الکتریک، بلکه به مساحت صفحات نیز بستگی دارد. برای افزایش آن، از روش اچینگ استفاده می شود، مشابه آنچه رادیو آماتورها در عمل خود برای ساخت بردهای مدار چاپی استفاده می کنند. شیارهایی بر روی سطح پوشش آلومینیومی حک شده است. ابعاد این شیارها کوچک بوده و تعداد آنها زیاد است. به همین دلیل، سطح فعال آبکاری و در نتیجه ظرفیت افزایش می یابد.

اگر به دقت نگاه کنید، می توانید نوارهایی را که به سختی قابل توجه هستند روی پوشش آلومینیومی، مانند آهنگ های روی صفحه گرامافون، مشاهده کنید. اینها همان شیارها هستند.

در خازن های الکترولیتی غیر قطبی، هر دو صفحه آلومینیومی اکسیده می شوند. در نتیجه غیر قطبی می شود.

ویژگی های استفاده از خازن های الکترولیتی.

به راحتی می توان متوجه شد که بیشتر خازن های الکترولیتی شعاعی دارای یک شکاف محافظ در بالای بدنه استوانه ای هستند - یک شیر.

واقعیت این است که اگر یک ولتاژ متناوب به الکترولیت اعمال شود، خازن بسیار داغ می شود و الکترولیت مایع شروع به تبخیر می کند و به دیواره های کیس فشار وارد می کند. به همین دلیل، ممکن است "پاپ" شود. بنابراین ، یک شیر محافظ روی محفظه قرار می گیرد تا تحت تأثیر فشار اضافی باز شود و از "انفجار" خازن جلوگیری کند و الکترولیت در حال جوش را خارج کند.

خازن الکترولیتی "منفجر شده".

این همان جایی است که این قاعده از آنجا ناشی می شود که باید هنگام طراحی مستقل لوازم الکترونیکی و تعمیر تجهیزات رادیویی مورد توجه قرار گیرد. هنگام تشخیص نقص و همچنین هنگام روشن کردن دستگاه در حال ساخت یا تعمیر برای اولین بار، باید از خازن های الکترولیتی فاصله بگیرید. اگر در هنگام مونتاژ در مدار خطایی رخ داده باشد که منجر به تخمین بیش از حد حداکثر ولتاژ کاری خازن یا قرار گرفتن در معرض جریان متناوب شود، خازن گرم می شود و "پاپ" می شود. در همان زمان، شیر ایمنی کار می کند و الکترولیت تحت فشار می ترکد. نباید اجازه داد الکترولیت با پوست تماس پیدا کند، چه برسد به چشم!

خرابی یک خازن الکترولیتی غیر معمول نیست. با ظاهر آن، می توانید بلافاصله نقص آن را تشخیص دهید. در اینجا فقط چند نمونه آورده شده است. همه این خازن ها به دلیل تجاوز از ولتاژ مجاز آسیب دیدند.

آمپلی فایر خودرو. همانطور که می بینید، یک ردیف کامل از الکترولیت ها در فیلتر ورودی "ترک شد". ظاهرا 24 ولت به جای 12 ولت مورد نیاز به آمپلی فایر داده شده است.

بعد - قربانی "حمله شبکه". ولتاژ در شبکه برق 220 ولت به دلیل یخ زدن ورودی ها به شدت جهش کرد. در نتیجه منبع تغذیه لپ تاپ کاملاً از کار افتاده است. کندیک فقط بخار می کند. بریدگی روی بدنه باز شده است.

یک انحراف کوچک.

یادم هست که در دوران دانشجویی یک تفریح ​​رایج بود. یک خازن الکترولیتی گرفته شد، سیم‌ها به پایانه‌های آن لحیم شدند و به این شکل خازن برای مدت کوتاهی به یک پریز برق 220 ولت متصل شد. شارژ شد، شارژ جمع کرد. علاوه بر این، به خاطر "سرگرمی"، نتیجه گیری هادی بر روی دستان یک فرد بی خبر لمس شد. او طبیعتاً به چیزی مشکوک نیست و با یک شوک الکتریکی کوچک تکان می خورد. بنابراین، انجام این کار بسیار خطرناک است!

همانطور که اکنون به یاد دارم، قبل از شروع تمرین، استاد ارشد به شدت این سرگرمی را ممنوع کرد، با این استدلال که موردی وجود داشت که دست پسری به شدت آسیب دید که تصمیم گرفت یک خازن الکترولیتی را از یک پریز 220 ولت "شارژ" کند. خازن. نتوانست ولتاژ متناوب اعمال شده را تحمل کند، در دست او منفجر شد!

یک خازن الکترولیتی می تواند چندین تلاش "تجربی" برای شارژ از برق را تحمل کند، اما هر لحظه می تواند ترکید. همه اینها هم به طراحی خازن و هم به ولتاژ اعمال شده بستگی دارد. این اطلاعات فقط برای هشدار در مورد خطر شدید چنین آزمایشاتی ارائه شده است که می تواند غم انگیز باشد.

هنگام تعمیر تجهیزات رادیویی، فراموش نکنید که پس از خاموش کردن دستگاه، خازن های الکترولیتی برای مدتی شارژ الکتریکی را حفظ می کنند. آنها باید قبل از انجام کار ترخیص شوند. این امر به ویژه هنگام تعمیر انواع منبع تغذیه سوئیچینگ و یکسو کننده ها، خازن های الکترولیتی که ظرفیت قابل توجهی دارند و ولتاژ کاری آنها به 100 تا 400 ولت می رسد، قابل توجه است.

اگر به طور تصادفی پایانه های آن را لمس کنید، ممکن است شوک الکتریکی ناخوشایندی دریافت کنید. گاهی اوقات پس از چنین مواردی ممکن است متوجه سوختگی خفیف پوست در محل تماس الکترودها شوید. نحوه تخلیه خازن قبل از انجام کار یا اندازه گیری قبلاً در مقاله نحوه بررسی خازن ذکر شده است.

خازن های الکترولیتی قدرتمند با ظرفیت 10000 میکروF. در منبع تغذیه تقویت کننده Marantz

هنگام استفاده از خازن های الکترولیتی، لازم به یادآوری است که ولتاژ کاری روی آنها باید با 80٪ ولتاژ نامی کار مطابقت داشته باشد. اگر می خواهید از عملکرد طولانی و پایدار خازن اطمینان حاصل کنید، این قانون ارزش توجه دارد. بنابراین، اگر در مدار ولتاژ 50 ولت به خازن اعمال شود، باید برای ولتاژ کاری 63 ولت یا بیشتر انتخاب شود. اگر خازن با ولتاژ کار کمتر نصب کنید، به زودی از کار می افتد.

مانند هر جزء رادیویی دیگر، خازن الکترولیتی دارای محدوده دمایی قابل قبولی است. آستانه بالایی معمولاً روی بدنه آن نشان داده می شود، به عنوان مثال +85 یا +105.

برای مدل‌های مختلف خازن، محدوده دمای عملیاتی می‌تواند از -60 تا +85 0 C. یا از -25 تا +105 0 C. آی تی.

از آنجایی که خازن های الکترولیتی حاوی الکترولیت مایع هستند، به مرور زمان خشک می شود. در این صورت ظرفیت آن از بین می رود. به همین دلیل است که توصیه نمی شود آنها را در کنار عناصر بسیار داغ، به عنوان مثال، رادیاتورهای خنک کننده، یا در یک مورد تهویه ضعیف قرار دهید.

شایان ذکر است که الکترولیت ها پاشنه آشیل هر وسیله الکترونیکی هستند. با توجه به تجربه خودم می گویم که این یکی از غیر قابل اعتمادترین، بی کیفیت ترین و در عین حال گران ترین قطعات است. کیفیت تا حد زیادی به سازنده بستگی دارد. اما این بحث دیگری است.

علاوه بر خازن های الکترولیتی، می توانید عنصر دیگری را نیز در تجهیزات بیابید که ظرفیت بسیار بیشتر و ابعاد کوچک تری نسبت به یک الکترولیت کلاسیک دارد. این -

• ترجمه

اگر مرتباً مدارهای الکتریکی ایجاد می کنید، احتمالاً از خازن استفاده کرده اید. این یک جزء مدار استاندارد است، درست مانند مقاومت، که شما بدون فکر دوم آن را از قفسه بردارید. ما از خازن‌ها برای صاف کردن موج‌های ولتاژ/جریان، برای تطبیق بارها، به‌عنوان منبع تغذیه برای دستگاه‌های کم مصرف و سایر کاربردها استفاده می‌کنیم.

اما یک خازن فقط یک حباب با دو سیم و چند پارامتر نیست - ولتاژ کار و ظرفیت. مجموعه عظیمی از فناوری ها و مواد با خواص مختلف برای ایجاد خازن استفاده می شود. و اگرچه در بیشتر موارد تقریباً هر خازن با ظرفیت مناسب برای هر کاری انجام می دهد، درک خوب از نحوه عملکرد این دستگاه ها می تواند به شما کمک کند نه تنها مناسب، بلکه بهترین مناسب را انتخاب کنید. اگر تا به حال با مشکل پایداری دما یا یافتن منبع نویز اضافی مواجه شده اید، از اطلاعات این مقاله قدردانی خواهید کرد.

بیایید ساده شروع کنیم

بهتر است قبل از اینکه به سراغ دستگاه های واقعی بروید، ساده شروع کنید و اصول اولیه نحوه کار خازن ها را شرح دهید. یک خازن ایده آل از دو صفحه رسانا تشکیل شده است که توسط یک دی الکتریک از هم جدا شده اند. بار روی صفحات جمع می شود، اما نمی تواند بین آنها جریان یابد - دی الکتریک دارای خواص عایق است. به این ترتیب خازن بار را جمع می کند.

ظرفیت خازنی بر حسب فاراد اندازه گیری می شود: خازن یک فاراد اگر دارای بار یک کولن باشد ولتاژ یک ولت تولید می کند. مانند بسیاری از واحدهای SI دیگر، اندازه آن غیر عملی است، بنابراین اگر ابرخازن‌ها را حساب نکنید، که در اینجا در مورد آن صحبت نمی‌کنیم، احتمالاً به میکرو، نانو و پیکوفاراد خواهید رسید. ظرفیت هر خازن را می توان از ابعاد و خواص دی الکتریک آن استخراج کرد - در صورت علاقه، فرمول آن را می توان در ویکی پدیا یافت. نیازی نیست آن را حفظ کنید مگر اینکه در حال مطالعه برای امتحان باشید، اما حاوی یک واقعیت مفید است. ظرفیت خازن متناسب با ثابت دی الکتریک εr دی الکتریک مورد استفاده است، که منجر به در دسترس بودن انواع خازن های تجاری با استفاده از مواد دی الکتریک مختلف برای دستیابی به ظرفیت های بزرگتر یا بهبود ویژگی های ولتاژ شده است.

آلومینیوم الکترولیتی

خازن های الکترولیتی آلومینیومی از یک لایه اکسیداسیون آندی بر روی ورق آلومینیوم به عنوان یک صفحه دی الکتریک و از الکترولیت یک سلول الکتروشیمیایی به عنوان صفحه دیگر استفاده می کنند. وجود یک سلول الکتروشیمیایی آنها را قطبی می کند، یعنی ولتاژ DC باید در یک جهت اعمال شود و صفحه آنودایز شده باید آند یا مثبت باشد.

در عمل، صفحات آنها به شکل یک ساندویچ از فویل آلومینیومی ساخته می شود که در یک استوانه پیچیده شده و در یک قوطی آلومینیومی قرار دارد. ولتاژ کار به عمق لایه آنودایز شده بستگی دارد.

خازن های الکترولیتی بیشترین ظرفیت را در بین خازن های معمولی دارند، از 0.1 تا هزاران میکروفاراد. به دلیل بسته بندی نزدیک سلول الکتروشیمیایی، آنها دارای یک سلف سری معادل بزرگ (ESI یا اندوکتانس موثر) هستند، به همین دلیل نمی توان از آنها در فرکانس های بالا استفاده کرد. آنها معمولاً برای صاف کردن و جداسازی قدرت و همچنین کوپلینگ در فرکانس های صوتی استفاده می شوند.

تانتالیم الکترولیتی

خازن تانتالیوم نصب شده روی سطح

خازن های الکترولیتی تانتالیوم به صورت آند تانتالیوم متخلخل با سطح وسیعی تولید می شوند که روی آن لایه ای ضخیم از اکسید رشد کرده و سپس یک الکترولیت دی اکسید منگنز به عنوان کاتد قرار می گیرد. ترکیبی از مساحت سطح بزرگ و خواص دی الکتریک اکسید تانتالیوم منجر به ظرفیت بالایی در هر حجم می شود. در نتیجه، چنین خازن هایی بسیار کوچکتر از خازن های آلومینیومی با ظرفیت قابل مقایسه هستند. مانند دومی، خازن های تانتالیوم دارای قطبیت هستند، بنابراین جریان مستقیم باید دقیقاً در یک جهت جریان یابد.

ظرفیت خازنی موجود آنها از 0.1 تا چند صد میکروفاراد متغیر است. آنها دارای مقاومت نشتی بسیار پایین تر و مقاومت سری معادل (ESR) هستند، که باعث می شود در آزمایش، ابزار دقیق و برنامه های صوتی پیشرفته در جایی که این ویژگی ها مفید هستند استفاده شوند.

در مورد خازن های تانتالیوم، باید به ویژه وضعیت خرابی را کنترل کرد؛ اتفاق می افتد که آنها آتش می گیرند. اکسید تانتالیوم آمورف یک دی الکتریک خوب است و به شکل کریستالی به یک رسانای خوب تبدیل می شود. استفاده نادرست از خازن تانتالیوم - به عنوان مثال، اعمال جریان هجومی بیش از حد - می تواند باعث تغییر شکل دی الکتریک شود که باعث افزایش جریان عبوری از آن می شود. درست است که نسل‌های قبلی خازن‌های تانتالیوم به دلیل مشکلات آتش‌سوزی شهرت داشتند و روش‌های ساخت بهبود یافته منجر به تولید محصولات قابل اعتمادتر شده است.

فیلم های پلیمری

یک خانواده کامل از خازن‌ها از فیلم‌های پلیمری به عنوان دی الکتریک استفاده می‌کنند و این فیلم یا بین لایه‌های پیچ خورده یا درهم لایه فویل فلزی قرار می‌گیرد یا یک لایه فلزی روی سطح دارد. ولتاژ کاری آنها می تواند تا 1000 ولت برسد، اما ظرفیت خازنی بالایی ندارند - این معمولاً از 100 pF تا چند میکروفاراد است. هر نوع فیلم جوانب مثبت و منفی خود را دارد، اما به طور کلی تمام خانواده دارای ظرفیت خازنی و اندوکتانس کمتری نسبت به فیلم های الکترولیتی هستند. بنابراین، آنها در دستگاه های فرکانس بالا و برای جداسازی در سیستم های دارای نویز الکتریکی و همچنین در سیستم های عمومی استفاده می شوند.

خازن های پلی پروپیلن در مدارهایی که نیاز به پایداری حرارتی و فرکانسی خوبی دارند استفاده می شود. آنها همچنین در سیستم های قدرت، برای سرکوب EMI، در سیستم هایی با استفاده از جریان های متناوب ولتاژ بالا استفاده می شوند.

خازن های پلی استر، اگرچه ویژگی های دما و فرکانس یکسانی ندارند، اما ارزان هستند و در هنگام لحیم کاری برای نصب روی سطح، می توانند دمای بالایی را تحمل کنند. به همین دلیل، آنها در مدارهایی که برای استفاده در برنامه های غیر بحرانی در نظر گرفته شده اند استفاده می شوند.

خازن های پلی اتیلن نفتالات. آنها ویژگی های دما و فرکانس پایداری ندارند، اما می توانند دماها و تنش های بسیار بالاتری را در مقایسه با پلی استر تحمل کنند.

خازن های پلی اتیلن سولفید دارای ویژگی های دما و فرکانس پلی پروپیلن هستند و علاوه بر آن می توانند دماهای بالا را نیز تحمل کنند.

در تجهیزات قدیمی می توانید با خازن های پلی کربنات و پلی استایرن روبرو شوید، اما اکنون دیگر از آنها استفاده نمی شود.

سرامیک

تاریخچه خازن های سرامیکی بسیار طولانی است - آنها از دهه های اول قرن گذشته تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته اند. خازن های اولیه یک لایه سرامیکی بودند که در هر دو طرف فلزی شده بودند. موارد بعدی نیز چند لایه هستند که در آن صفحات با متالیزاسیون و سرامیک در هم قرار گرفته اند. بسته به دی الکتریک، ظرفیت آنها از 1 pF تا ده ها میکروفاراد متغیر است و ولتاژ به کیلو ولت می رسد. در تمام صنایع الکترونیکی که ظرفیت خازنی کم مورد نیاز است، هم دیسک های سرامیکی تک لایه و هم خازن های پشته ای چند لایه روی سطح یافت می شوند.

ساده ترین راه برای طبقه بندی خازن های سرامیکی، دی الکتریک است، زیرا این خازن ها تمام خواص آن را به خازن می دهند. دی الکتریک ها بر اساس کدهای سه حرفی طبقه بندی می شوند که دمای عملیاتی و پایداری آنها را رمزگذاری می کند.

C0G در خازن با توجه به دما، فرکانس و ولتاژ پایداری بهتری دارد. در مدارهای فرکانس بالا و مدارهای پرسرعت دیگر استفاده می شود.

X7R چنین مشخصات دما و ولتاژ خوبی ندارد، بنابراین در موارد بحرانی کمتر استفاده می شود. این معمولاً شامل جداسازی و کاربردهای مختلف جهانی است.

Y5V ظرفیت بسیار بالاتری دارد، اما ویژگی های دما و ولتاژ آنها حتی پایین تر است. همچنین برای جداسازی و در کاربردهای مختلف عمومی استفاده می شود.

از آنجایی که سرامیک ها اغلب دارای خواص پیزوالکتریک نیز هستند، برخی از خازن های سرامیکی نیز یک اثر میکروفونیک از خود نشان می دهند. اگر با ولتاژها و فرکانس های بالا در محدوده صوتی کار کرده اید، مانند تقویت کننده های لوله یا الکترواستاتیک، ممکن است صدای خازن ها را شنیده باشید. اگر از یک خازن پیزوالکتریک برای ایجاد تثبیت فرکانس استفاده کنید، ممکن است متوجه شوید که صدای آن توسط ارتعاش محیط اطرافش تعدیل می شود.

همانطور که قبلاً اشاره کردیم، هدف این مقاله پوشش تمام فناوری های خازن نیست. با نگاهی به کاتالوگ الکترونیک متوجه خواهید شد که برخی از فناوری های موجود در اینجا پوشش داده نشده اند. برخی از پیشنهادات از کاتالوگ ها قبلاً منسوخ شده اند یا دارای جایگاه باریکی هستند که اغلب با آنها برخورد نمی کنید. امید ما این بود که برخی از مدل‌های خازن محبوب را ابهام کنیم و به شما کمک کنیم هنگام طراحی دستگاه‌های خود اجزای مناسب را انتخاب کنید. اگر اشتهای شما را باز کرده‌ایم، ممکن است بخواهید مقاله ما را در مورد القاگرها بررسی کنید.

لطفاً در مورد هر گونه نادرستی یا اشتباهی که از طریق آن پیدا می کنید بنویسید

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

در مدار الکتریکی هر دستگاه عنصری به عنوان خازن وجود دارد. این برای پر کردن انرژی مورد نیاز برای عملکرد صحیح و بدون وقفه تجهیزات است.

خازن چیست

هر خازن وسیله ای است که دارای مجموعه ای از پارامترهای فنی است که ارزش بررسی دقیق را دارد.

خازن ها را می توان در بسیاری از شاخه های مهندسی برق یافت. دامنه فوری آنها:

• ایجاد مدارها، مدارهای نوسانی.
• دریافت یک تکانه با قدرت زیاد.
• در مهندسی برق صنعتی.
• در ساخت سنسور.
• بهبود عملکرد دستگاه های حفاظتی.

ظرفیت خازن

برای هر خازن، پارامتر اصلی ظرفیت آن است. هر دستگاه خود را دارد و بر حسب فرادس اندازه گیری می شود. مهندسی الکترونیک و رادیو مبتنی بر خازن هایی با قطعات در میلیون فاراد است. برای پی بردن به ظرفیت اسمی یک دستگاه، کافی است به کیس آن نگاه کنید که حاوی تمام اطلاعات است. خوانش ظرفیت ممکن است به دلیل موارد زیر متفاوت باشد:

• مساحت کل تمام پوشش ها.
• فاصله بین آنها.
• ماده ای که دی الکتریک از آن ساخته شده است.
• دمای محیط.

در کنار ظرفیت اسمی یک عدد واقعی نیز وجود دارد. ارزش آن بسیار کمتر از قبلی است. بر اساس ظرفیت واقعی، پارامترهای الکتریکی اصلی را می توان تعیین کرد. ظرفیت خازنی از بار صفحه و ولتاژ آن تعیین می شود. حداکثر ظرفیت می تواند به چند ده فاراد برسد. خازن را می توان با ظرفیت خاصی نیز مشخص کرد. این نسبت ظرفیت و حجم دی الکتریک است. ضخامت کوچک دی الکتریک ظرفیت خاصی را ایجاد می کند. هر خازن می تواند ظرفیت خود را تغییر دهد و آنها به انواع زیر تقسیم می شوند:

• خازن های دائمی - آنها عملا ظرفیت خود را تغییر نمی دهند.
• خازن های متغیر - مقدار ظرفیت خازن در طول عملیات تجهیزات تغییر می کند.
• خازن های تریمر - بسته به تنظیم تجهیزات، ظرفیت آنها را تغییر دهید.

ولتاژ خازن

ولتاژ یکی دیگر از پارامترهای مهم در نظر گرفته می شود. برای اینکه خازن عملکرد خود را به طور کامل انجام دهد، باید مقدار دقیق ولتاژ را بدانید. روی بدنه دستگاه نشان داده شده است. ولتاژ نامی مستقیماً به پیچیدگی طراحی خازن و خواص اساسی مواد مورد استفاده در ساخت آن بستگی دارد. ولتاژ ارائه شده به خازن باید کاملاً با ولتاژ نامی مطابقت داشته باشد. بسیاری از دستگاه ها در حین کار گرم می شوند که در این صورت ولتاژ کاهش می یابد. اغلب، به دلیل اختلاف زیاد ولتاژ، خازن ممکن است بسوزد یا منفجر شود. این نیز به دلیل نشت یا افزایش مقاومت رخ می دهد. برای کارکرد ایمن خازن مجهز به شیر اطمینان و بریدگی روی بدنه می باشد. به محض افزایش فشار، دریچه به طور خودکار باز می شود و بدنه در امتداد شکاف مورد نظر می شکند. در این حالت الکترولیت به صورت گاز از خازن خارج می شود و انفجاری رخ نمی دهد.

تحمل خازن

ساده ترین خازن دو الکترود ساخته شده به شکل صفحات است که توسط عایق های نازک از هم جدا می شوند. هر دستگاه دارای یک انحراف است که در طول عملکرد آن قابل قبول است. این مقدار را می توان با برچسب گذاری دستگاه نیز یافت. میزان تحمل آن به صورت درصد اندازه گیری و نشان داده می شود و می تواند بین 20 تا 30 درصد باشد. برای تجهیزات الکتریکی که باید با دقت بالا کار کنند، می توانید از خازن هایی با مقدار تلرانس کوچک، حداکثر 1٪ استفاده کنید.
پارامترهای داده شده برای عملکرد خازن اساسی هستند. با دانستن معانی آنها، می توانید از خازن ها برای مونتاژ مستقل دستگاه ها یا ماشین ها استفاده کنید.

انواع خازن

چندین نوع اصلی خازن وجود دارد که در فناوری های مختلف استفاده می شود. بنابراین، ارزش در نظر گرفتن هر نوع، توضیحات و خواص آن را دارد:

هر خازن هدف خاص خود را دارد، بنابراین آنها را بیشتر به کلی و خاص طبقه بندی می کنند. خازن های عمومی در انواع و اقسام تجهیزات مورد استفاده قرار می گیرند. اینها عمدتاً دستگاه های ولتاژ پایین هستند. خازن های ویژه همه انواع دیگر دستگاه ها هستند که ولتاژ بالا، پالسی، راه اندازی و انواع مختلف دیگر هستند.

ویژگی های خازن صفحه موازی

از آنجایی که خازن وسیله ای است که برای جمع آوری ولتاژ و توزیع بیشتر آن طراحی شده است، باید یکی را با ظرفیت الکتریکی خوب و ولتاژ خرابی انتخاب کنید. یکی از این خازن های صفحه موازی است. به صورت دو صفحه نازک در یک منطقه خاص تولید می شود که در فاصله ای نزدیک از یکدیگر قرار دارند. یک خازن تخت دارای دو بار مثبت و منفی است.

صفحات یک خازن تخت دارای میدان الکتریکی یکنواختی بین خود هستند. این نوع دستگاه با دستگاه های دیگر تعامل ندارد. صفحه خازن قادر به افزایش میدان الکتریکی است.

شارژ صحیح خازن

این یک مخزن برای بارهای الکتریکی است که باید دائماً شارژ شوند. خازن با اتصال آن به شبکه شارژ می شود. برای شارژ دستگاه خود باید آن را به درستی وصل کنید. برای انجام این کار، مداری را بردارید که از یک خازن تخلیه شده با یک خازن، یک مقاومت تشکیل شده است و آن را به یک منبع ولتاژ ثابت وصل کنید.

خازن بر اساس نوع زیر تخلیه می شود: کلید بسته است و صفحات آن به یکدیگر متصل می شوند. در این زمان، خازن تخلیه می شود و میدان الکتریکی بین صفحات آن ناپدید می شود. اگر خازن از طریق سیم ها تخلیه شود، زمان زیادی طول می کشد زیرا انرژی زیادی در آنها جمع می شود.

چرا به مدار خازن نیاز دارید؟

مدارها حاوی خازن هایی هستند که از یک جفت صفحه ساخته شده اند. آنها از آلومینیوم یا برنج ساخته شده اند. عملکرد خوب فناوری رادیویی به پیکربندی صحیح مدارها بستگی دارد. رایج ترین مدار مدار شامل یک سیم پیچ و یک خازن است که در یک مدار الکتریکی به یکدیگر متصل می شوند. شرایطی وجود دارد که بر ظاهر نوسانات تأثیر می گذارد، بنابراین اغلب مدار خازن را نوسانی می نامند.

نتیجه

خازن وسیله ای غیرفعال در مدار الکتریکی است که به عنوان ظرفیتی برای ذخیره برق استفاده می شود. برای اینکه وسیله ای برای ذخیره انرژی در مدارهای الکتریکی به نام خازن برای مدت طولانی کار کند باید شرایط مشخص شده را که روی بدنه دستگاه نوشته شده است رعایت کنید. دامنه گسترده است. از خازن ها در رادیو الکترونیک و تجهیزات مختلف استفاده می شود. دستگاه ها به انواع مختلفی تقسیم می شوند و طرح های مختلفی دارند. خازن ها را می توان در دو نوع موازی و سری متصل کرد. همچنین بر روی بدنه دستگاه اطلاعاتی در مورد ظرفیت، ولتاژ، تلرانس و نوع آن وجود دارد. شایان ذکر است که هنگام اتصال یک خازن، باید قطبیت را رعایت کنید. در غیر این صورت، دستگاه به سرعت از کار می افتد.

خازن یک دستگاه دو قطبی رایج است که در مدارهای الکتریکی مختلف استفاده می شود. 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. هنگام اتصال دستگاه، فضای خالی زیادی روی الکترودهای خازن وجود دارد، بنابراین جریان الکتریکی وارد شده به مدار بیشترین مقدار را دارد. 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.