خازن چیست و چه کاربردی دارد؟ چرا خازن مورد نیاز است؟ اتصال خازن

در کلیه مهندسی رادیو و لوازم برقیعلاوه بر ترانزیستورها و ریز مدارها، از خازن نیز استفاده می شود. در برخی مدارها تعداد آنها بیشتر و در برخی دیگر کمتر است، اما عملاً هیچ مدار الکترونیکی بدون خازن وجود ندارد.

در عین حال، خازن ها می توانند بیشترین عملکرد را داشته باشند وظایف مختلف. اول از همه، اینها ظرفیت های موجود در فیلترهای یکسو کننده و تثبیت کننده است. با کمک خازن ها، سیگنالی بین مراحل تقویت کننده منتقل می شود، فیلترهای کم و پایین ساخته می شوند. فرکانس های بالا، فواصل زمانی در تأخیرهای زمانی تنظیم شده و فرکانس نوسانات در ژنراتورهای مختلف انتخاب می شود.

خازن ها منشأ شجره خود هستند که در اواسط قرن 18 توسط دانشمند هلندی پیتر ون موشنبروک در آزمایشات خود استفاده می شد. او در شهر لیدن زندگی می کرد، بنابراین حدس زدن اینکه چرا این بانک به این نام خوانده می شود دشوار نیست.

در واقع، این یک ظرف شیشه ای معمولی بود که داخل و خارج آن با فویل قلع - استانیول پوشانده شده بود. از آن برای همان اهداف آلومینیوم مدرن استفاده می شد، اما پس از آن هنوز آلومینیوم کشف نشده بود.

تنها منبع برق در آن روزها یک دستگاه الکتروفور بود که قادر به ایجاد ولتاژ تا چند صد کیلو ولت بود. از او بود که کوزه لیدن شارژ شد. کتاب‌های درسی فیزیک موردی را توصیف می‌کنند که موشنبروک قوطی‌اش را از طریق زنجیره‌ای متشکل از ده نگهبان که دست‌های یکدیگر را گرفته بودند تخلیه کرد.

در آن زمان هیچ کس نمی دانست که عواقب آن می تواند غم انگیز باشد. این ضربه کاملا حساس بود، اما کشنده نبود. به این نتیجه نرسید، زیرا ظرفیت شیشه لیدن ناچیز بود، ضربه بسیار کوتاه مدت بود، بنابراین قدرت تخلیه کم بود.

نحوه عملکرد خازن

دستگاه خازن عملاً هیچ تفاوتی با شیشه لیدن ندارد: همه همان دو صفحه که توسط یک دی الکتریک از هم جدا شده اند. در مدرن اینگونه است نمودارهای الکتریکیخازن ها نشان داده شده است. شکل 1 یک دستگاه شماتیک از یک خازن تخت و یک فرمول برای محاسبه آن را نشان می دهد.

شکل 1. دستگاه یک خازن تخت

در اینجا S مساحت صفحات بر حسب متر مربع، d فاصله بین صفحات بر حسب متر، C ظرفیت خازنی بر حسب فاراد، ε گذردهی محیط است. تمام مقادیر موجود در فرمول در سیستم SI نشان داده شده است. این فرمول برای ساده ترین خازن تخت معتبر است: شما به سادگی می توانید دو صفحه فلزی را در کنار هم قرار دهید که از آنها نتیجه گیری می شود. هوا می تواند به عنوان دی الکتریک عمل کند.

از این فرمول می توان فهمید که ظرفیت خازن هر چه بیشتر است ، مساحت صفحات بزرگتر و فاصله بین آنها کمتر است. برای خازن هایی با هندسه متفاوت، فرمول ممکن است متفاوت باشد، به عنوان مثال، برای ظرفیت یک هادی یا. اما وابستگی ظرفیت به مساحت صفحات و فاصله بین آنها مانند خازن تخت است: هر چه مساحت بزرگتر و فاصله کوچکتر باشد، ظرفیت خازنی بیشتر می شود.

در واقع، صفحات همیشه صاف ساخته نمی شوند. برای بسیاری از خازن‌ها، مانند خازن‌های کاغذی فلزی، صفحه‌ها فویل آلومینیومی هستند که به همراه یک دی الکتریک کاغذی به شکل یک گلوله محکم به شکل یک محفظه فلزی در می‌آیند.

برای افزایش قدرت الکتریکی، کاغذ خازن نازک با ترکیبات عایق، اغلب روغن ترانسفورماتور، آغشته می شود. این طراحی به شما امکان می دهد خازن هایی با ظرفیت تا چند صد میکروفاراد بسازید. خازن ها با سایر دی الکتریک ها تقریباً به همین ترتیب چیده شده اند.

فرمول هیچ محدودیتی در مساحت صفحات S و فاصله بین صفحات d ندارد. اگر فرض کنیم که صفحات را می توان خیلی دور از هم جدا کرد و در عین حال مساحت صفحات را می توان کاملاً ناچیز کرد، آنگاه مقداری ظرفیت، هرچند کوچک، همچنان باقی می ماند. چنین استدلالی حاکی از آن است که حتی فقط دو هادی که در کنار یکدیگر قرار دارند دارای ظرفیت الکتریکی هستند.

این شرایط به طور گسترده ای در فناوری فرکانس بالا استفاده می شود: در برخی موارد، خازن ها به سادگی به شکل خطوط سیم کشی چاپ شده یا حتی فقط دو سیم به هم پیچیده در عایق پلی اتیلن ساخته می شوند. رشته سیمی یا کابل معمولی نیز ظرفیت خازنی دارد و با افزایش طول آن افزایش می یابد.

علاوه بر خازن C، هر کابلی دارای مقاومت R نیز می باشد. هر دوی این ویژگی های فیزیکی در طول کابل توزیع می شوند و هنگام ارسال سیگنال های پالسی، مانند یک مدار RC یکپارچه عمل می کنند که در شکل 2 نشان داده شده است.

شکل 2.

در شکل، همه چیز ساده است: در اینجا نمودار، اینجا است سیگنال ورودی، و اینجا در خروجی است. ضربه فراتر از تشخیص تحریف شده است، اما این به عمد انجام شد، که مدار برای آن مونتاژ شد. در این بین، ما در مورد تأثیر ظرفیت کابل بر روی سیگنال پالس صحبت می کنیم. به جای یک پالس، چنین "زنگ" در انتهای دیگر کابل ظاهر می شود، و اگر پالس کوتاه باشد، ممکن است اصلا به انتهای دیگر کابل نرسد، حتی ممکن است ناپدید شود.

واقعیت تاریخی

در اینجا کاملاً مناسب است که داستان چگونگی نصب کابل ماوراء اقیانوس اطلس را یادآوری کنیم. اولین تلاش در سال 1857 شکست خورد: نقطه های تلگراف - خط تیره ( پالس های مستطیلی) تحریف شدند به طوری که در انتهای دیگر خط 4000 کیلومتری هیچ چیزی جدا نشد.

دومین تلاش در سال 1865 انجام شد. در این زمان، فیزیکدان انگلیسی W. Thompson نظریه انتقال داده ها را در خطوط طولانی ایجاد کرده بود. در پرتو این نظریه، کابل کشی موفق تر بود، سیگنال ها دریافت شدند.

برای این شاهکار علمی، ملکه ویکتوریا به دانشمند نشان شوالیه و عنوان لرد کلوین اعطا کرد. این نام شهر کوچکی در ساحل ایرلند بود، جایی که کابل کشی از آنجا آغاز شد. اما این فقط یک کلمه است و حالا به حرف آخر فرمول یعنی گذردهی محیط ε برگردیم.

کمی در مورد دی الکتریک

این ε در مخرج فرمول است، بنابراین افزایش آن مستلزم افزایش ظرفیت خواهد بود. برای اکثر دی الکتریک های مورد استفاده، مانند هوا، لوسان، پلی اتیلن، فلوروپلاست، این ثابت عملاً با خلاء یکسان است. اما در عین حال، بسیاری از مواد وجود دارند که ثابت دی الکتریک آنها بسیار بیشتر است. اگر یک کندانسور هوا با استون یا الکل پر شود، ظرفیت آن 15 ... 20 برابر افزایش می یابد.

اما چنین موادی علاوه بر ε بالا، رسانایی نسبتاً بالایی نیز دارند، بنابراین برای چنین خازنی بدی است که شارژ نگه دارد، به سرعت خود را از طریق خود تخلیه می کند. این پدیده مضر جریان نشتی نام دارد. بنابراین، مواد ویژه ای برای دی الکتریک ها در حال توسعه هستند که با ظرفیت خازن های خاص، جریان های نشتی قابل قبولی را فراهم می کنند. این چیزی است که چنین تنوعی از انواع و انواع خازن ها را توضیح می دهد که هر کدام برای شرایط خاصی طراحی شده اند.

آنها بالاترین ظرفیت ویژه (نسبت ظرفیت / حجم) را دارند. ظرفیت "الکترولیت ها" تا 100000 میکروفاراد می رسد، ولتاژ کاری تا 600 ولت. چنین خازن هایی فقط روی آنها خوب کار می کنند فرکانس های پایین، اغلب در فیلترهای منبع تغذیه. خازن های الکترولیتی با توجه به قطبیت متصل می شوند.

الکترودهای موجود در چنین خازن هایی یک لایه نازک از اکسید فلز هستند، به همین دلیل است که این خازن ها اغلب خازن های اکسید نامیده می شوند. یک لایه نازک هوا بین چنین الکترودهایی عایق چندان قابل اعتمادی نیست؛ بنابراین، یک لایه الکترولیت بین صفحات اکسیدی وارد می شود. اغلب اینها محلولهای غلیظ اسیدها یا قلیاها هستند.

شکل 3 یکی از این خازن ها را نشان می دهد.

شکل 3. خازن الکترولیتی

برای تخمین اندازه خازن از یک جعبه کبریت ساده در کنار آن عکس گرفته شد. علاوه بر کافی ظرفیت بزرگدر شکل نیز می توانید تلورانس را بر حسب درصد مشاهده کنید: نه بیشتر و نه کمتر از 70 درصد اسمی.

در آن روزها که کامپیوترها بزرگ بودند و کامپیوتر نامیده می شدند، چنین خازن هایی در درایوهای دیسک (در HDD مدرن) وجود داشتند. ظرفیت اطلاعاتچنین درایوهایی اکنون فقط می توانند لبخند ایجاد کنند: دو دیسک با قطر 350 میلی متر 5 مگابایت اطلاعات را ذخیره می کردند و وزن خود دستگاه 54 کیلوگرم بود.

هدف اصلی ابرخازن های نشان داده شده در شکل، حذف سرهای مغناطیسی از ناحیه کار دیسک در زمانی است که خاموش شدن ناگهانیبرق چنین خازن هایی می توانند شارژ را برای چندین سال ذخیره کنند که در عمل آزمایش شد.

در زیر با خازن‌های الکترولیتی، آزمایش‌های ساده‌ای برای درک آنچه که یک خازن می‌تواند انجام دهد، پیشنهاد می‌شود.

زنجیر کار کردن جریان متناوبخازن های الکترولیتی غیر قطبی تولید می شوند، اما به دلایلی تهیه آنها بسیار دشوار است. به منظور دور زدن این مشکل، "الکترولیت های" معمولی قطبی در سری های ضد روشن می شوند: مثبت-منفی-منفی- پلاس.

اگر یک خازن الکترولیتی قطبی به مدار جریان متناوب متصل شود، ابتدا گرم می شود و سپس صدای انفجار شنیده می شود. خازن های قدیمی داخلی در همه جهات پراکنده هستند، در حالی که خازن های وارداتی دارای دستگاه خاصی برای جلوگیری از شلیک های بلند هستند. این، به عنوان یک قاعده، یا یک شکاف متقاطع در پایین خازن است، یا یک سوراخ با یک پلاگین لاستیکی که در آنجا قرار دارد.

آنها واقعا خازن های الکترولیتی را دوست ندارند. اضافه ولتاژحتی اگر قطبیت درست باشد. بنابراین، هرگز لازم نیست که "الکترولیت ها" را در مداری قرار دهیم که در آن ولتاژی نزدیک به حداکثر ولتاژ برای یک خازن معین انتظار می رود.

گاهی اوقات در برخی از انجمن های معتبر، مبتدیان این سوال را می پرسند: "خازن 470μF * 16V است، اما من 470μF * 50V دارم، آیا می توانم آن را بگذارم؟". بله، البته می توانید، اما تعویض معکوس غیرقابل قبول است.

خازن می تواند انرژی را ذخیره کند

به درک این بیانیه کمک خواهد کرد. مدار سادهدر شکل 4 نشان داده شده است.

شکل 4. مدار با یک خازن

شخصیت اصلی این مدار یک خازن الکترولیتی C با ظرفیت کافی است به طوری که فرآیندهای تخلیه شارژ به آرامی و حتی بسیار واضح انجام می شود. این امکان مشاهده عملکرد مدار را به صورت بصری با استفاده از یک لامپ معمولی از یک چراغ قوه فراهم می کند. این فانوس ها مدت هاست که جای خود را به چراغ های LED مدرن داده اند، اما لامپ های آنها هنوز فروخته می شود. بنابراین، مونتاژ یک مدار و انجام آزمایشات ساده بسیار آسان است.

شاید کسی بگوید: «چرا؟ از این گذشته ، همه چیز واضح است و اگر توضیحات را نیز بخوانید ... ". به نظر می رسد در اینجا چیزی برای بحث وجود ندارد، اما هیچ، حتی بیشتر چیز سادهاگر درک آن از طریق دست ها انجام شود، برای مدت طولانی در سر باقی می ماند.

بنابراین، طرح مونتاژ شده است. چگونه کار می کند؟

در موقعیت سوئیچ SA نشان داده شده در نمودار، خازن C از منبع تغذیه GB از طریق مقاومت R در مدار شارژ می شود: + GB __ R __ SA __ C __ -GB. جریان شارژ در نمودار با فلش با شاخص iz نشان داده شده است. فرآیند شارژ یک خازن در شکل 5 نشان داده شده است.

شکل 5. فرآیند شارژ خازن

شکل نشان می دهد که ولتاژ در خازن در امتداد یک خط منحنی افزایش می یابد که در ریاضیات نمایی نامیده می شود. جریان شارژ مستقیماً ولتاژ شارژ را منعکس می کند. با افزایش ولتاژ خازن، جریان شارژ کمتر می شود. و فقط در لحظه اولیه با فرمول نشان داده شده در شکل مطابقت دارد.

پس از مدتی، خازن از 0 ولت به ولتاژ منبع تغذیه، در مدار ما تا 4.5 ولت شارژ می شود. کل سوال این است که چگونه می توان این زمان را تعیین کرد، چه مدت باید منتظر ماند، چه زمانی خازن شارژ می شود؟

ثابت زمانی "tau" τ = R*C

این فرمول به سادگی مقاومت و ظرفیت یک مقاومت و خازن متصل به سری را چند برابر می کند. اگر بدون غفلت از سیستم SI، مقاومت را بر حسب اهم و ظرفیت را بر حسب فاراد جایگزین کنیم، نتیجه در ثانیه خواهد بود. این مدت زمان لازم برای شارژ خازن تا 36.8 درصد ولتاژ منبع تغذیه است. بر این اساس، برای شارژ تقریباً 100٪، 5 * τ زمان می برد.

اغلب، با غفلت از سیستم SI، مقاومت بر حسب اهم را به فرمول و ظرفیت را در میکروفاراد جایگزین می‌کنند، سپس زمان بر حسب میکروثانیه خواهد بود. در مورد ما، راحت تر است که نتیجه را در چند ثانیه بدست آوریم، که برای آن فقط باید میکروثانیه ها را در یک میلیون ضرب کنید، یا، ساده تر، کاما شش رقمی را به سمت چپ حرکت دهید.

برای مدار نشان داده شده در شکل 4، با ظرفیت خازن 2000uF و مقاومت 500Ω، ثابت زمانی τ = R*C = 500 * 2000 = 1000000 میکروثانیه یا دقیقاً یک ثانیه خواهد بود. بنابراین، شما باید حدود 5 ثانیه صبر کنید تا خازن به طور کامل شارژ شود.

اگر پس از زمان مشخص شده کلید SA به موقعیت مناسب منتقل شود، خازن C از طریق لامپ EL تخلیه می شود. در این مرحله، یک فلاش کوتاه وجود دارد، خازن تخلیه می شود و نور خاموش می شود. جهت تخلیه خازن با فلش با ip شاخص نشان داده شده است. زمان تخلیه نیز با ثابت زمانی τ تعیین می شود. نمودار تخلیه در شکل 6 نشان داده شده است.

شکل 6. نمودار تخلیه خازن

خازن جریان مستقیم عبور نمی کند

یک طرح ساده تر، که در شکل 7 نشان داده شده است، به تأیید این عبارت کمک می کند.

شکل 7. نمودار با یک خازن در مدار DC

اگر سوئیچ SA بسته باشد، فلاش کوتاه لامپ دنبال می شود که نشان می دهد خازن C از طریق لامپ شارژ شده است. نمودار شارژ نیز در اینجا نشان داده شده است: در لحظه بسته شدن سوئیچ، جریان حداکثر است، با شارژ شدن خازن، کاهش می یابد و پس از مدتی به طور کامل متوقف می شود.

اگر خازن کیفیت خوب، یعنی با جریان نشتی کم (خود تخلیه)، بستن مجدد کلید باعث فلاش نمی شود. برای دریافت فلاش دیگر، خازن باید تخلیه شود.

خازن در فیلترهای قدرت

خازن معمولاً بعد از یکسو کننده قرار می گیرد. اغلب یکسو کننده ها به صورت تمام موج ساخته می شوند. رایج ترین مدارهای یکسو کننده در شکل 8 نشان داده شده است.

شکل 8. مدارهای یکسو کننده

یکسو کننده های نیمه موج نیز معمولاً اغلب در مواردی که قدرت بار ناچیز است استفاده می شود. با ارزش ترین کیفیت چنین یکسو کننده ها سادگی است: فقط یک دیود و یک سیم پیچ ترانسفورماتور.

برای یکسو کننده تمام موج، ظرفیت خازن فیلتر را می توان با فرمول محاسبه کرد.

C = 1000000 * Po / 2*U*f*dU ولتاژ ACهرتز، dU دامنه پالس V.

عدد بزرگی در عدد 1000000 ظرفیت خازنی را از فاراد سیستم به میکروفاراد تبدیل می کند. دو در مخرج تعداد نیم چرخه یکسو کننده است: برای نیم موج، یک در جای خود ظاهر می شود.

C \u003d 1000000 * Po / U * f * dU،

و برای یکسو کننده سه فاز، فرمول به شکل C \u003d 1000000 * Po / 3 * U * f * dU خواهد بود.

ابرخازن - یونیستور

که در اخیراکلاس جدیدی از خازن های الکترولیتی ظاهر شده است که به اصطلاح. از نظر خواص، شبیه باتری است، با این حال، با چندین محدودیت.

یونیستور در مدت زمان کوتاهی به معنای واقعی کلمه در چند دقیقه به ولتاژ اسمی شارژ می شود، بنابراین توصیه می شود از آن به عنوان منبع تغذیه پشتیبان استفاده کنید. در واقع، یونیستور یک دستگاه غیر قطبی است، تنها چیزی که قطبیت آن را تعیین می کند شارژ در کارخانه است. برای اینکه در آینده این قطبیت اشتباه نشود، با علامت + نشان داده می شود.

شرایط عملکرد یونیستورها نقش مهمی ایفا می کند. در دمای 70 درجه سانتیگراد با ولتاژ 0.8 اسمی، ماندگاری تضمین شده بیش از 500 ساعت نیست. اگر دستگاه با ولتاژ 0.6 ولتاژ اسمی کار کند و دما از 40 درجه تجاوز نکند، عملکرد صحیح برای 40000 ساعت یا بیشتر امکان پذیر است.

رایج ترین کاربرد یک یونیستور منابع است نیروی پشتیبان. اساساً اینها تراشه های حافظه یا ساعت های الکترونیکی هستند. در این مورد، پارامتر اصلی یونیستور یک جریان نشتی کوچک، تخلیه خود آن است.

استفاده از یونیستورها در ارتباط با پنل های خورشیدی. همچنین بر غیر بحرانی بودن شرایط شارژ و تعداد عملا نامحدود چرخه های شارژ-دشارژ تأثیر می گذارد. یکی دیگر از ویژگی های ارزشمند این است که یونیستور نیازی به تعمیر و نگهداری ندارد.

تا کنون، می‌توان گفت که خازن‌های الکترولیتی چگونه و کجا کار می‌کنند، علاوه بر این، عمدتاً در مدارهای DC. عملکرد خازن ها در مدارهای AC در مقاله دیگری مورد بحث قرار خواهد گرفت -.

خازن (از لاتین "condensare" - "مهر"، "ضخیم شدن"، در مردم عادی "conder") - یکی از رایج ترین عناصر در الکترونیک رادیویی، پس از مقاومت است. این شامل دو صفحه است که توسط یک دی الکتریک با ضخامت کمی در مقایسه با ضخامت این صفحات جدا شده اند. اما در عمل، این صفحات به صورت یک نان شیرینی چندلایه، رول به شکل استوانه یا موازی که توسط همان دی الکتریک از هم جدا می شوند، تا می شوند.

اصل عملکرد خازن

شارژ.هنگامی که به منبع برق متصل می شود، بارها روی صفحات جمع می شوند. هنگام شارژ، ذرات با بار مثبت در یک صفحه جمع می شوند (یون)و از سوی دیگر ذرات با بار منفی دیگر (الکترون). دی الکتریک به عنوان یک مانع عمل می کند تا ذرات به صفحه دیگری نپرند. هنگام شارژ، همراه با ظرفیت، ولتاژ در پایانه ها نیز افزایش می یابد و به حداکثر ولتاژ منبع تغذیه می رسد.

تخلیه.اگر پس از شارژ خازن، برق را قطع کرده و بار را وصل کنید، خازن از قبل نقش منبع جریان را بازی می کند. الکترون ها از طریق باری که وقتی متصل می شوند، شروع به حرکت خواهند کرد مدار بسته، به یون ها (طبق قانون جذب بین تخلیه های غیر مشابه).

پارامترهای اصلی خازن عبارتند از:

1. دارای رتبه ظرفیت -این مشخصه اصلی آن است، به معنای حجم بارهای الکتریکی است. ظرفیت خازنی بر حسب فاراد اندازه گیری می شود. (به اختصار F)، در عمل اغلب با uF مواجه می شویم ( 1uF = 0.000001 F), nF ( 1nF = 0.000000001 F، pF (1pF = 0.000000000001 F)، از آنجایی که ظرفیت 1F بسیار زیاد است. اما چنین مولفه ای وجود دارد که می تواند حتی بیش از 1 فاراد ظرفیت داشته باشد، به آن می گویند ionstr (بعدا در مورد او و دیگران صحبت خواهم کرد) .
2. ولتاژ محاسبه شده -این حداکثر ولتاژ، که در آن خازن می تواند به طور قابل اعتماد و برای مدت طولانی کار کند، البته با ولت اندازه گیری می شود. (به اختصار B). اگر ولتاژ بیش از حد باشد، خازن از کار می افتد. در مواردی که نیاز به تعویض خازن است اما با ظرفیت مورد نیاز موجود است اما برای ولتاژ بالاتر نسبت به خازن از کار افتاده طراحی شده است، می توان آن را با خیال راحت نصب کرد. (به عنوان مثال، یک خازن 450uF 10V سوخته است، می توان آن را با یک خازن 450uF 25V جایگزین کرد.). نکته اصلی این است که از نظر ابعاد در برد شما قرار می گیرد.
3. تحمل انحراف- انحراف مجاز از ارزش آن ظرفیت واقعیاز درج شده در مورد به صورت درصد نشان داده شده است. تحمل خازن ها می تواند به 20 تا 30 درصد برسد. در دستگاه هایی که دقت خاصی لازم است از خازن هایی با تلرانس کم استفاده می شود. (1٪ یا کمتر).
4. ضریب دمای ظرفیت -در خازن های الکترولیتی یافت می شود. ظرفیت خازن الکترولیتی آلومینیومی با دما متفاوت است. با کاهش دما (به خصوص در دمای زیر 0 درجه سانتیگراد)ویسکوزیته الکترولیت و ESR آن افزایش می یابد (خاص مقاومت الکتریکی) ، که منجر به کاهش ظرفیت خازن می شود.

خازن ها برای چیست و با چه چیزی "خورده می شوند".

• در یک مدار جریان متناوب، یک خازن در نقش مورد نیاز است ظرفیت. اگر در یک زنجیر با جریان مستقیمیک خازن را به صورت سری با یک لامپ وصل کنید، نمی درخشد، اما در مدار جریان متناوب روشن می شود. و حتی روشن‌تر می‌درخشد و هرچه ظرفیت خازن بیشتر باشد، نور روشن‌تر می‌شود. با توجه به این ویژگی، خازن ها اغلب به عنوان فیلتر جریان موج دار استفاده می شوند. (وظیفه اصلی آن در بسیاری از طرح ها)، تداخل HF و LF، نوسانات AC و امواج ولتاژ را به خوبی سرکوب می کند.
• با توجه به آن ویژگی اصلیانباشتن شارژ الکتریکیو سپس به سرعت آن را آزاد کنید و یک ضربه ایجاد کنید و آنها را در ساخت چراغ قوه، شتاب دهنده های مغناطیسی، استارتر و غیره ضروری کنید.
• برای کار کردن از خازن ها نیز استفاده می شود موتورهای سه فازدر یک منبع تغذیه تک فاز، با اتصال به خروجی سوم، فاز را 90 درجه تغییر می دهد.
• با توجه به قابلیت انباشته شدن و تخلیه بار، خازن ها در مدارهایی استفاده می شوند که باید اطلاعات مربوط به آن را ذخیره کنید. مدت زمان طولانی. اما متأسفانه از نظر توانایی ذخیره انرژی به طور قابل توجهی پایین تر است. باتری هامنبع تغذیه، به دلیل خود تخلیه و ناتوانی در انباشته شدن برق با بزرگی بیشتر.

در سیستم های صوتی قدرتمند اتومبیل، اغلب می توانید چنین عنصری را به عنوان خازن بافر پیدا کنید. چرا مورد نیاز است و چیست؟ بیایید آن را بفهمیم.

آیا اصلاً مورد نیاز است؟
ابتدا بیایید به یاد بیاوریم که خازن به طور کلی چیست. خازن وسیله ای است که می تواند بار الکتریکی را ذخیره کرده، در خود نگه دارد و در صورت لزوم آن را آزاد کند. ظرفیت خازن بر حسب فاراد اندازه گیری می شود. 1 فاراد اتفاقاً ارزش بسیار مناسبی است. برای اینکه خازن کار کند باید موازی با باتری (به علاوه به مثبت و منفی به منفی) وصل شود. چنین اتصالی معمولاً به عنوان "در یک بافر با باتری گنجانده شده است" نامیده می شود، از این رو نام آن - خازن بافر است. آنها را به عنوان یک قاعده نزدیکتر به تقویت کننده ها قرار دهید.
پس چرا به آن نیاز است؟ این یک منبع انرژی اضافی نیست، بلکه به سادگی یک بار الکتریکی را در خود نگه می دارد، بنابراین در نگاه اول کاملاً بی فایده به نظر می رسد. اما، با این وجود، فایده ای از آن وجود دارد، و قابل توجه است.
در هر لحظه از زمان، تقویت کننده جریان متفاوتی را مصرف می کند. به عنوان مثال، هنگامی که یک لبوخ به طبل باس می زند یا ضربات باس آبدار ریتم را در موسیقی باشگاهی می زند، این با جهش در مصرف فعلی همراه است. از آنجایی که کابل های تغذیه دارای مقاومت خاصی هستند (ما در شماره گذشته این را به تفصیل جویدیم)، به همین دلیل، در این لحظات، ولتاژ در پایانه های تقویت کننده ناگزیر کاهش می یابد. چنین بی ثباتی قدرت عامل اعوجاج است سیگنال صوتیو تمام مزاحمت های همراه دیگر.
اگر یک خازن را موازی با ترمینال های تقویت کننده وصل کنیم چه تغییری می کند؟ و موارد زیر تغییر خواهد کرد - خازن در لحظاتی که تقویت کننده جریان کمی مصرف می کند شارژ را از باتری جمع می کند و در صورت نیاز تقویت کننده به سرعت آن را از بین می برد. جریان بالا، در نتیجه افت ولتاژ کابل را جبران می کند. در نتیجه، تقویت کننده منبع تغذیه پایدارتری دریافت می کند، به این معنی که اعوجاج کمتری وجود دارد، باس آبدارتر است، همه راضی هستند.
با این حال ، در اینجا ، مطمئناً اعتراضاتی به دنبال خواهد داشت ، آنها می گویند ، اگر سیم به اندازه کافی ضخیم باشد ، تلفات کمی روی آن وارد می شود و پس چرا یک خازن؟ اما خازن در این مورد اضافی خواهد بود. کشش جریان یک تقویت کننده تمایل به نوسان بسیار سریع دارد و هر باتری معمولی نسبتاً بی اثر است. او بدون شک قادر به تحویل شارژ زیاد است، اما نمی تواند آن را فورا انجام دهد، همانطور که گاهی اوقات یک تقویت کننده نیاز دارد. پیامد این کندی مجدداً کمبود نیرو در همان لحظات اولیه پیک های شدید در مصرف جریان است. از طرف دیگر، یک خازن قادر است خیلی سریع و بسیار سریعتر از باتری شارژ کند. این کندی باتری را جبران می کند و آمپلی فایر دوباره کاملاً روشن می شود.

خازن جبران می کند تاثیر منفیمقاومت کابل تغذیه، اما برای این کار باید تا حد امکان نزدیک به خود تقویت کننده نصب شود، در حالت ایده آل نباید بیش از 10-20 سانتی متر از سیم تغذیه بین آن و تقویت کننده وجود داشته باشد. در غیر این صورت، اثر استفاده از آن تقریبا به صفر می رسد.

از تاریخ
مولد خازن های مدرن کوزه لیدن است که در سال 1745 توسط دانشمند هلندی Mushenbrook و شاگردش Kuneus که در شهر لیدن زندگی می کردند اختراع شد. به موازات آن ها و مستقل از آن ها، وسیله ای مشابه به نام «میکال کوزه» توسط دانشمند آلمانی «کلیست» اختراع شد که این دستگاه ها قادر به جمع آوری بار بودند و با کمک آن ها برای اولین بار به طور مصنوعی جرقه الکتریکی به دست آمد.

راستی
در یکی از تاسیسات، من یک راه حل جالب را مشاهده کردم - در مجاورت تقویت کننده، یک باتری خود ساخته از خازن های کوچک نصب شد. برای بهبود بیشتر سرعت آتش، آنها را با خازن های بسیار کوچک، با ظرفیت تنها 0.1-1 میکروفاراد، شنت کردند. این سیستم نه برای حجم، بلکه برای کیفیت صدا طراحی شده است. نتیجه بسیار چشمگیر بود، خازن بر صدای نه تنها فرکانس های پایین، بلکه حتی متوسط ​​تأثیر می گذارد.

بهتر کمتر، بله بهتر
بازار مدل های زیادی را ارائه می دهد - از "کندر" نسبتا کوچک، با ظرفیت 0.5 فاراد، تا واحدهای هیولایی با ظرفیت ده ها فاراد. کدام یک را انتخاب کنیم؟ آیا ظرفیت بزرگ همیشه خوب است؟
شما باید یک خازن مناسب متناسب با قدرت تقویت کننده ها انتخاب کنید. شما می توانید از قانون تثبیت شده آزمایشی "1 فاراد در هر 1000 وات" استفاده کنید (به طور طبیعی منظور ما حداکثر 1000 وات نیست که شیطان می داند، بلکه 1000 W RMS قدرت است). مثلا منبع تغذیه تقویت کننده باس تک کاناله با توان 700 وات می توان از یک خازن 1 فاراد کاملاً پشتیبانی کرد و یک خازن 0.5 فاراد برای یک 4 کانال با رتبه 4x100 وات کاملاً مناسب است.
آیا امکان نصب خازن بزرگتر وجود دارد؟ شما می‌توانید، اما نکته اینجاست که خازن‌های بزرگ معمولاً سرعت شلیک کمتری دارند - آنها بیشتر شبیه یک باتری بسیار کند دیگر هستند تا یک خازن سریع. بنابراین، استفاده از آنها فقط در صورتی منطقی است که شما در حال ساختن یک سیستم صوتی واقعاً قدرتمند هستید که برای موسیقی "سوسیس" با باس سنگین و حمله صدا نه خیلی سریع، به عنوان مثال، موسیقی باشگاهی طراحی شده است. توانایی خازن برای انتشار سریع یک شارژ در پس زمینه محو می شود.
درست است، اگر به مسابقات SPL (فشار صدای نامحدود) می روید یا فقط یک طرفدار موسیقی با صدای بلند با باس بسیار کم و طولانی هستید، نمی توانید روی پشتیبانی از خازن حساب کنید. از این گذشته ، کل اصل عملکرد آن در بازگشت بار انباشته شده در اولین لحظه مصرف فعلی تقویت کننده نهفته است. علاوه بر این، یک "قوطی خالی" متصل به موازات با تقویت کننده می تواند آسیب بیشتری نسبت به فایده داشته باشد.
اگر فکر می کنید که یک خازن بزرگ فقط برای شما وحشتناک است، اما نمی خواهید پاسخ خود را به تغییرات سیگنال در سرعت از دست بدهید، می توانید با اتصال چندین خازن کوچک به صورت موازی، ظرفیت مورد نیاز را به دست آورید.

راستی

چگونه یک خازن را به درستی شارژ کنیم؟
بر کسی پوشیده نیست که باید سیم‌کشی را به اطراف بچرخانید و انواع دستگاه‌ها را با پایانه‌های خارج شده از باتری وصل کنید، این یک قانون ایمنی رایج است. اما فرض کنید همه چیز را نصب کرده اید، وصل کرده اید و تصمیم گرفته اید که زمان روشن کردن آن فرا رسیده است. و همه چیز خوب خواهد بود، اما در عین حال، بسیاری از مردم فراموش می کنند که در اولین روشن شدن، خازن هنوز تخلیه می شود. اما این دستگاهی است که نه تنها می تواند شارژ کند، بلکه بسیار سریع شارژ نیز جمع می کند. بنابراین به محض تماس پایانه ها با باتری، "شیشه" خالی بلافاصله شروع به شارژ شدن می کند، جریان عظیمی از خازن عبور می کند و برای چند ثانیه به سادگی تبدیل به یک جامپر می شود و "+" و "-" را کوتاه می کند. حداقل، پایانه ها آسیب می بینند و به موقع مانند الکترودهای جوشکاری می شوند، اما احتمالاً فیوزها اصلاً ارزش صحبت کردن ندارند. چه باید کرد؟ چگونه خازن را به درستی شارژ کنیم تا از این کار جلوگیری شود؟
ساده ترین گزینه استفاده از هر لامپ 12 ولتی است. قبل از اینکه ترمینال را ببندید، کافی است آن را برای چند ثانیه بین باتری و پایانه های نصب شده روشن کنید. خازن شروع به شارژ می کند، اما جریان ناگهانی افزایش نمی یابد. خازن به آرامی از طریق لامپ شارژ می شود، در حین شارژ شدن، کم نور و کم نور می درخشد و وقتی کاملا خاموش شد، این بدان معنی است که خازن شارژ شده است و می توانید با خیال راحت ترمینال را نصب کرده و تعمیر کنید.

در اتصال موازیخازن ها ظرفیت آنها اضافه می شود

راستی

بسیاری از خازن ها مجهز به مدارهای "بار نرم" هستند مزیت غیر قابل انکار-نیازی به شارژ شدن از طریق لامپ ندارند، مدار جریان هجومی را هنگامی که یک خازن "خالی" وصل می شود حذف می کند. راحت است؟ مطمئناً. اما چنین مداری یک مقاومت اضافی در مدار قدرت است که باعث می شود خازن، متاسفانه، عملا بی فایده است آزمون مقایسه ایخازن ها آنها یک تقویت کننده گرفتند، آن را با یک سیم عمداً نازک وصل کردند، آن را با یک سیگنال پیچیده "بار" کردند (برای کسانی که علاقه مند هستند - توالی پالس های 50 هرتز با فرکانس 130 ضربه در دقیقه) و تماشا کردند که در چه سطحی از این ولتاژ تغذیه تقویت کننده را تا آستانه خاموش شدن سیگنال می دهد. بنابراین، هنگامی که ما خازن ها را با چنین وصل می کنیم طرح نرمشارژ، عملا هیچ تفاوتی وجود ندارد. اما «بانک‌های زاهدانه» که اصلاً هیچ چیز اضافی نداشتند، این امکان را فراهم کردند که سطح سیگنال را قبل از شروع قطع شدن تقویت‌کننده تا 2.5-3 دسی‌بل افزایش دهند که تقریباً دو برابر است! بنابراین قبل از خرید ده بار فکر کنید. "کندر دستی با زنگ و سوت"، این زنگ ها و سوت ها بیشتر از اینکه فایده ای داشته باشند می توانند ضرر داشته باشند.

متن و نقاشی های آنتون نیکولایف، عکس ها از منابع مختلف.

الکترونیک از بخش‌های مختلفی استفاده می‌کند که با هم امکان انجام طیف وسیعی از اقدامات را فراهم می‌کنند. یکی از آنها خازن است. و در چارچوب مقاله، ما در مورد این که چه نوع مکانیزمی است، چگونه کار می کند، چرا به خازن نیاز است و در مدارها چه می کند صحبت خواهیم کرد.

به چه چیزی خازن می گویند؟

خازن یک وسیله الکتریکی غیرفعال است که به دلیل قابلیت ذخیره بار و انرژی میدان الکتریکی می تواند وظایف مختلفی را در مدارها انجام دهد. اما دامنه اصلی کاربرد در فیلترهای یکسو کننده و تثبیت کننده است. بنابراین، به لطف خازن ها، سیگنالی بین مراحل تقویت کننده منتقل می شود، فواصل زمانی برای تاخیر زمانی تنظیم می شود، فیلترهای بالا و پایین گذر ساخته می شوند. به دلیل خواصی که دارد برای انتخاب فرکانس در نوسانگرهای مختلف نیز استفاده می شود.

این نوع خازن دارای ظرفیت خازنی چند صد میکروفاراد است. سایر نمایندگان خانواده این بخش الکترونیکی بر اساس یک اصل مشابه مرتب شده اند. چگونه خازن را تست کنید تا مطمئن شوید موقعیت واقعیموارد مربوط به کتیبه ها است؟ ساده ترین راه استفاده است مولتی متر دیجیتال. همچنین، یک اهم متر می تواند به این سوال که چگونه یک خازن را بررسی کنیم، پاسخ دهد.

اصل کار و چرایی نیاز به خازن

از نامگذاری و نمایش شماتیک، می توان نتیجه گرفت که حتی دو صفحه فلزی که در کنار هم قرار گرفته اند می توانند به عنوان ساده ترین خازن عمل کنند. در این مورد، هوا به عنوان یک دی الکتریک مقابله خواهد کرد. از نظر تئوری، هیچ محدودیتی در مساحت صفحات و فاصله بین آنها وجود ندارد. بنابراین، حتی با طلاق در فواصل دور و کاهش اندازه آنها، هر چند ناچیز، اما نوعی ظرفیت حفظ می شود.

این ویژگی در فناوری فرکانس بالا کاربرد پیدا کرده است. بنابراین، آنها یاد گرفتند که آنها را حتی به شکل خطوط سیم کشی چاپی معمولی بسازند، و همچنین به سادگی دو سیم را که در عایق پلی اتیلن هستند، بچرخانند. هنگام استفاده از کابل، ظرفیت خازن (uF) همراه با طول افزایش می یابد. اما باید درک کرد که اگر پالس ارسالی کوتاه و سیم بلند باشد، ممکن است به سادگی به مقصد خود نرسد. خازن را می توان در مدارهای DC و AC استفاده کرد.

ذخیره انرژی

با افزایش ظرفیت خازن، فرآیندهایی مانند شارژ و دشارژ به کندی پیش می روند. ولتاژ روی این دستگاه الکتریکیدر امتداد یک خط منحنی رشد می کند که در ریاضیات به آن توان می گویند. با گذشت زمان، ولتاژ خازن از مقدار 0 ولت به سطح منبع تغذیه افزایش می یابد (اگر به دلیل بیش از حد نسوزد. ارزش های بالادومی).

خازن الکترولیتی

بر این لحظهخازن های الکترولیتی می توانند از بزرگترین ظرفیت خاص در نسبت این شاخص و حجم قطعه برخوردار باشند. نشانگر ظرفیت آنها به مقادیر 100 هزار میکروفاراد می رسد و ولتاژ کاری آنها تا 600 ولت است. اما آنها فقط در فرکانس های پایین به خوبی کار می کنند. هدف از این نوع خازن چیست؟ زمینه اصلی کاربرد فیلترها هستند خازن های الکترولیتی همیشه با توجه به قطبیت در مدارها قرار می گیرند. الکترودها از یک لایه نازک (که از اکسید فلز ساخته شده است) ساخته شده اند. از آنجایی که لایه نازکی از هوا بین آنها عایق کافی نیست، یک لایه الکترولیت نیز در اینجا اضافه می شود (محلول های غلیظ قلیایی یا اسیدها مانند آن عمل می کنند).

ابرخازن

این یک کلاس جدید از خازن های الکترولیتی است که یونیستور نامیده می شود. ویژگی های آن آن را شبیه به باتری می کند، اگرچه محدودیت های خاصی اعمال می شود. بنابراین، مزیت آنها در زمان شارژ کوتاه (معمولا چند دقیقه) نهفته است. هدف از این نوع خازن چیست؟ یونیستورها به عنوان منبع تغذیه پشتیبان استفاده می شوند. در طول ساخت، آنها غیرقطبی هستند، و جایی که مثبت و منهای با اولین بار (در کارخانه تولید) تعیین می شود.

دما و ولتاژ نامی تاثیر قابل توجهی بر عملکرد دارند. بنابراین، در دمای 70 درجه سانتی گراد و توان 0.8 تنها 500 ساعت کار می کند. با کاهش ولتاژ به 0.6 از مقدار اسمی و درجه حرارت تا 40 درجه، عمر مفید آن به 40 هزار ساعت افزایش می یابد. می توانید یونیستورها را در تراشه های حافظه یا ساعت الکترونیکی. اما در عین حال، چشم انداز خوبی برای استفاده در باتری های خورشیدی دارند.

افرادی که از فناوری دور هستند حتی فکر نمی کنند که طراحی لوازم الکتریکی مدرن شامل عناصر مختلفی است که به لطف آنها این تکنیک کار می کند. آن‌ها حتی نمی‌دانند وقتی کارشناسان اطرافشان در مورد فناوری صحبت می‌کنند، چه چیزی در خطر است. اما گاهی اوقات کنجکاوی بر آنها تأثیر می گذارد و شروع به سؤال کردن می کنند. مثلا، چرا به خازن نیاز دارید؟

برای ارضای کنجکاوی، سعی خواهیم کرد عملکرد آن را توضیح دهیم و مشخص کنیم که خازن ها در چه مناطقی کاربرد خود را پیدا کرده اند.

خازن چیست؟

خازن که عموماً به عنوان "کندر" شناخته می شود، وسیله ای است که در مدارهای الکتریکی برای تجمع استفاده می شود. انرژی الکتریکی. خازن ها در فیلتر کردن نویز، صاف کردن فیلترها در منابع تغذیه، مدارهای بین مرحله ای و در بسیاری از زمینه های دیگر مهندسی رادیو استفاده می شوند.

طراحی و ابزار مواد مورد استفاده تعیین می کند مشخصه الکتریکی"کندر". دستگاه خازن شامل صفحات (یا صفحات) است که در مقابل یکدیگر قرار دارند. آنها از مواد رسانا و عایق ساخته شده اند. میکا یا کاغذ می توانند به عنوان عایق عمل کنند.

ظرفیت خازن ممکن است متفاوت باشد. اندازه آن به نسبت مساحت صفحات افزایش می یابد و بسته به فاصله بین آنها کاهش می یابد. ولتاژ کار خازن بسیار مهم است. اگر از حداکثر ولتاژ بیشتر شود، خازن ممکن است به دلیل خرابی دی الکتریک شکسته شود.

چطور شروع شدند

به لطف فیزیکدان آلمانی Ewald Jürgen von Kleist و همکار هلندی او Peter van Muschenbroek، اصل ساخت این دستگاه برای مدت طولانی شناخته شده است. آنها خالق اولین خازن جهان بودند. فرزندان آنها بسیار ابتدایی تر از همتایان مدرن بودند، زیرا دیواره های شیشه شیشه ای به عنوان دی الکتریک عمل می کردند. امروزه تکنولوژی بسیار پیشرفته تر شده است و توسعه مواد جدید طراحی خازن را بسیار بهبود بخشیده است.

مهندس برق درخشان پاول یابلوچکوف نیز توانست به نتایج برجسته ای در توسعه خازن ها و استفاده از آنها دست یابد. او مقالات متعددی در این زمینه نوشته است. پاول نیکولایویچ کاملاً فهمید چرا به خازن نیاز دارید ، بنابراین او یکی از اولین کسانی بود که یک "کندر" را در یک مدار جریان متناوب قرار داد. این امر برای توسعه و شکل گیری مهندسی برق و رادیو اهمیت زیادی داشت.

امروزه خازن های مختلفی وجود دارد، اما همه آنها بر اساس دو صفحه فلزی هستند که از یکدیگر عایق هستند.

خازن ها کجا استفاده می شوند؟

خازن ها در بسیاری از مناطق ما را احاطه کرده اند و جایگاه ویژه ای در الکترونیک را اشغال می کنند.

1. تجهیزات تلویزیون یا رادیو بدون خازن نمی توانند کار کنند. آنها برای یکسو کننده های فیلتر، ایجاد و تنظیم استفاده می شوند مدارهای نوسانی، جداسازی مدارها با فرکانس های مختلف و خیلی چیزهای دیگر.
2. فناوری رادار از آنها برای تولید پالس های توان بالاتر و همچنین شکل دادن به پالس ها استفاده می کند.
3. برای خاموش کردن جرقه در کنتاکت ها، جداسازی جریان های فرکانس های مختلف، جداسازی مدارهای DC و AC، در تلگراف و تلفن به "کندر" نیاز است.
4. در تله مکانیک و اتوماسیون، از آنها برای ایجاد حسگرها استفاده می شود اصل خازنی. همچنین نیاز به سرکوب جرقه در کنتاکت ها، جداسازی مدارهای جریان و غیره دارد.
5. در دستگاه های حافظه ویژه ای که در فناوری محاسبات استفاده می شود.
6. برای به دست آوردن پالس های قدرتمند در فناوری لیزر.

صنعت برق مدرن نیز از این اختراع به طور کامل استفاده می کند: برای اتصال تجهیزات لازم به خط انتقال به منظور افزایش ضریب توان، تنظیم ولتاژ در شبکه های توزیعبرای حفاظت از نوسانات، برای جوشکاری الکتریکی، سرکوب تداخل رادیویی و موارد دیگر.

چرا به خازن نیاز دارید؟ بیشتر؟ برای صنایع فلزی، خودرو و تجهیزات پزشکی، برای استفاده از انرژی اتمی، در فناوری عکاسی برای به دست آوردن فلاش نور و عکاسی هوایی. حتی صنعت معدن هم نمی تواند بدون خازن کار کند. برخی از خازن ها می توانند بسیار ریز و کمتر از یک گرم وزن داشته باشند، در حالی که برخی دیگر از "همراهان" آنها با وزن چندین تن و ارتفاع بیش از دو متر شگفت زده می شوند.

تنوع بسیار زیادی از انواع خازن ها امکان استفاده از آنها را در زمینه های مختلف فعالیت فراهم می کند، بنابراین ما نمی توانیم بدون آنها کار کنیم.