مشخصات خازن

مشخصات خازن دمای آن، درجه‌بندی ولتاژ و محدوده خازنی و کاربرد آن در یک کاربرد خاص را تعریف می‌کند.

آرایه گیج‌کننده‌ای از خصوصیات خازن و مشخصات مربوط به خازن وجود‌دارد.

خواندن اطلاعات چاپ‌شده بر روی بدنه یک خازن گاه می‌تواند مشکل باشد.

به ویژه هنگامی که از رنگ ها یا کدهای عددی استفاده می شود.

هر نوع خازنی از خانواده خازن‌ها از مجموعه منحصر به فرد خودش شامل مشخصات خازن و سیستم شناسایی استفاده می‌کند.

برخی از سیستم‌ ها به راحتی قابل درک هستند .

برخی دیگر که از حروف‌،‌رنگ‌ها یا نمادهای گمراه‌کننده استفاده می‌کنند یا قابل درک نیستند یا به سختی می‌شود فهمید.

بهترین راه برای فهمیدن اینکه مشخصات خازن به چه معناست ، این است که:

ابتدا مشخص شود خازن از‌نظر سرامیک‌،‌فیلم‌،‌پلاستیک یا الکترولیتی از‌چه خانواده‌ای است و از این‌رو می‌توان ویژگی‌های خاص خازن را تشخیص‌داد.

حتی اگر دو خازن کاملاً ظرفیت خازنی یکسانی داشته باشند ، ممکن است دارای ولتاژهای مختلف باشند.

اگر یک‌خازن ولتاژ نامی کوچکتر به جای خازن ولتاژ نامی بالاتر جایگزین شود‌،‌ولتاژ افزایش یافته ممکن‌است به‌خازن کوچکتر آسیب برساند.

همچنین ما از آموزش قبلی که با دو قطبی کردن خازن الکترولیتی باید  قطب مثبت به اتصال مثبت و قطب منفی منجر به اتصال منفی شود ، به خاطر داریم در غیر این صورت ممکن است دوباره آسیب ببیند.

بنابراین همیشه بهتر است یک خازن قدیمی یا آسیب‌دیده را با همان نوع مشخص‌شده جایگزین کنید.

یک نمونه از علامت‌های خازنی در زیر ارایه شده‌است.

خصوصیات خازن

خازن ، مانند سایر اجزای الکترونیکی ، با یک سری خصوصیات تعریف می شود.

این مشخصات خازن را همیشه می‌توان در برگه‌های داده ای که سازنده خازن در اختیار ما قرار داده است‌، یافت.

نابراین در اینجا فقط برخی از موارد مهم ذکر شده است.

1. ظرفیت اسمی ، (C)

مقدار اسمی خازن ، C خازن مهمترین ویژگی خازن است.

این مقدار در pico-Farads (pF) ، nano-Farads (nF) یا micro-Farads (μF) اندازه گیری می شود.

این مقادیر روی بدنه خازن به صورت اعداد ، حروف یا باندهای رنگی علامت گذاری شده است.

ظرفیت خازن می تواند مقدار را با فرکانس مدار (هرتز) y با دمای محیط تغییر دهد.

خازن های سرامیکی کوچکتر می‌‌توانند مقداری اسمی به اندازه یک پیکو فاراد داشته باشند‌(1pF).

در حالیکه الکترولیتی بزرگتر می‌توانند دارای ظرفیت خازنی اسمی حداکثر یک فاراد (1F) باشند.

از مشخصات خازن ‌ها اینکه دارای یک درجه تحمل هستند که می تواند از -20 تا بیش از 80 درجه برای آلومینیوم الکترولیتی باشد و بر مقدار واقعی آن تأثیر بگذارد.

انتخاب ظرفیت از‌طریق پیکربندی مدار تعیین می‌شود اما ممکن است لزوماً مقدار قرائت شده در کنار خازن مقدار‌واقعی آن نباشد.

2. ولتاژ کار (WV)

ولتاژ کار یکی دیگر از مشخصات خازن است که حداکثر ولتاژ پیوسته جریان مستقیم یا متناوب  را تعریف می‌کند که می توان آن را بدون خرابی در طول عمر کاری آن به خازن اعمال کرد.

به طور کلی، ولتاژ کار شده بر روی بدنه خازن‌ها به ولتاژ کار DC خود اشاره دارد (WVDC).

مقادیر ولتاژ DC و AC معمولاً برای خازن یکسان نیستند زیرا مقدار ولتاژ AC به r.m.s اشاره دارد.

مقدار بیشینه یا حداکثر مقدار بیشینه یا پیک که برابر با ۱.۴۱۴ برابر بیشتر است.

همچنین‌،‌ولتاژ کاری مشخص شده DC در یک محدوده‌دما مشخص‌،‌به طور معمول‌-30 درجه سانتیگراد تا + 70 درجه سانتیگراد معتبر است.

هر ولتاژ DC بیش از ولتاژ کار خود یا جریان‌موج دار بیش از حد AC ممکن است باعث خرابی شود.

بنابراین نتیجه می‌گیریم که خازن اگر در‌یک محیط خنک و در ولتاژ نامی خود کار کند‌، عمر طولانی‌تری خواهد داشت.

ولتاژهای متداول DC که کار می کنند 10 ولت ، 16 ولت ، 25 ولت ، 35 ولت ، 50 ولت ، 63 ولت ، 100 ولت ، 160 ولت ، 250 ولت ، 400 ولت و 1000 ولت هستند و روی بدنه خازن چاپ می شوند.

3. تحمل ، (+%-)

همانند مقاومت، خازن‌ها همچنین دارای یک درجه‌بندی تحمل هستند.

که به عنوان یک ارزش افزوده مثبت یا منفی در picofarad کم‌تر از ۱۰۰ pF یا به عنوان درصد (درصد+-)برای خازن‌های ارزش بالاتر به طور کلی بالاتر از ۱۰۰ pF است.

مقدار تحمل‌،‌میزانی است که ظرفیت واقعی مجاز است از مقدار اسمی آن متفاوت باشد و می‌تواند از 20-‌تا‌80٪ +‌متغیر باشد.

بنابراین یک خازن 100‌میکرومتر با تحمل 20 ‌می‌تواند به‌طور قانونی از‌80μF‌به 120μF تغییر کند و هنوز در حد تحمل باقی‌بماند.

خازن ها با توجه به اینکه چقدر نزدیک به مقادیر واقعی آنها هستند با ظرفیت اسمی نامی با نوارهای رنگی یا حروف که برای نشان دادن تحمل واقعی آنها استفاده می شود ، درجه بندی می شوند.

متغیرترین میزان تحمل برای خازن ها 5٪ یا 10٪ است اما برخی از خازن‌های پلاستیکی تا 1٪ درجه بندی می‌شوند.

4. جریان نشتی

دی الکتریک مورد استفاده در داخل خازن برای جدا کردن صفحات رسانا عایق کاملی نیست.

در نتیجه جریان بسیار کمی از دی الکتریک جریان می یابد یا “نشت” می کند.

به دلیل تأثیر میدان های الکتریکی قدرتمند ساخته شده توسط بار روی صفحات هنگام اعمال ولتاژ تغذیه ثابت.

به این جریان کوچک DC در نانو آمپر (nA) خازن ها جریان نشتی گفته می شود.

جریان نشت نتیجه ای است که الکترونها از طریق محیط دی الکتریک ، در اطراف لبه های آن یا از طریق لبه های آن عبور می کنند.

با گذشت زمان در صورت حذف ولتاژ تغذیه ، خازن به طور کامل تخلیه می شود.

هنگامی که نشت بسیار کم است ، مانند خازن های نوع فیلم یا فویل ، به طور کلی به عنوان “مقاومت عایق” (Rp) شناخته می شود و می تواند به عنوان یک مقاومت با ارزش بالا به موازات خازن همانطور که نشان داده شده است ، بیان شود.

هنگامی که جریان نشتی در پیل الکترولیتی خیلی‌بالا باشد،‌به عنوان یک‌”جریان نشت” به عنوان جریان الکترون‌ها مستقیما از الکترولیت یاد‌می‌شود.

جریان نشتی خازن یک پارامتر مهم در مدارهای اتصال آمپلی فایر یا در مدارهای منبع تغذیه است.

با بهترین گزینه برای برنامه های اتصال و یا ذخیره سازی تفلون و انواع خازن های پلاستیکی دیگر (پلی پروپیلن ، پلی استایرن و غیره) زیرا با ثابت دی الکتریک پایین تر ، مقاومت عایق بالاتر است.

از طرف دیگر خازن های نوع الکترولیتی (تانتالوم و آلومینیوم) ممکن است خازن های بسیار بالایی داشته باشند.

اما همچنین دارای جریان نشتی بسیار بالایی هستند (به طور معمول در حدود 5/20 میکرو آمپر در هر μF) به دلیل مقاومت در برابر جداسازی ضعیف ، و بنابراین برای برنامه های ذخیره سازی یا اتصال مناسب نیست.

همچنین ، جریان جریان نشتی برای آلومینیوم الکترولیتی با دما افزایش می یابد.

5. دما در هنگام کار ، (T)

تغییرات دما در اطراف خازن به دلیل تغییر در خصوصیات دی الکتریک ، روی مقدار خازن تأثیر می گذارد.

اگر هوا یا دمای اطراف آن گرم یا سرد شود‌،‌ممکن‌است مقدار‌دمای خازن تغییر کند تا در‌عملکرد صحیح مدار تأثیر بگذارد.

محدوده کاری نرمال برای اکثر خازنها -30oC تا + 125oC با درجه ولتاژ اسمی داده شده برای دمای کاری بیش از 70oC مخصوصاً برای انواع خازن های پلاستیکی است.

به طور کلی برای خازن های الکترولیتی و به خصوص خازن الکترولیتی آلومینیومی ، در دمای بالا (بیش از 85 درجه سانتیگراد) مایعات داخل الکترولیت می توانند به دلیل تبخیر از بین بروند ، و بدن خازن (به ویژه اندازه های کوچک) ممکن است به دلیل فشار داخلی و نشت تغییر شکل دهد.

همچنین‌، از یخ زدن خازن های الکترولیتی در دمای پایین ، زیر 10- درجه سانتی گراد ، نمی‌توان استفاده کرد.

6. ضریب دما ، (TC)

ضریب دمایی یک خازن حداکثر تغییر در ظرفیت خود در محدوده دمایی مشخص است.

ضریب دمایی یک خازن به طور کلی به صورت خطی به عنوان قسمت‌هایی در هر درجه سانتی گراد (PPM / ° C)، یا به عنوان یک درصد تغییر در گستره ویژه‌ای از دما بیان می‌شود.

برخی خازن‌ها غیر خطی هستند.

(Class ۲ capacitors)و با افزایش‌دما، مقدار آن‌ها را افزایش می‌دهد که به آن‌ها ضریب‌دمایی می‌دهد که به‌عنوان “P” مثبت بیان‌می‌شود.

برخی‌از خازن ها با افزایش‌دما مقدار خود را کاهش می‌دهند و به‌آنها یک ضریب دما می‌دهند که به عنوان‌”N”‌منفی بیان‌می‌شود.

به عنوان مثال “P100” +100 ppm / oC یا “N200” است که -200 ppm / oC و غیره است.

با این حال‌، برخی از خازن ها مقدار خود را تغییر نمی‌دهند و در یک محدوده دمایی خاص ثابت می‌مانند.

چنین خازن هایی دارای ضریب دمای صفر هستند یا “NPO”.

از این نوع خازن ها مانند میکا یا پلی استر به طور کلی به‌عنوان خازن های کلاس 1 یاد می‌شود.

اکثر خازن ها ، به خصوص الکترولیتیک ، با گرم شدن ظرفیت خود را از دست می دهند.

اما خازن های جبران‌کننده دما در‌محدوده حداقل P1000 تا N5000‌(+1000 ppm / oC تا -5000 ppm / oC)‌در دسترس هستند.

همچنین می‌توان خازنی را با ضریب دمای مثبت به صورت سری یا موازی با خازنی با ضریب دمای منفی متصل‌کرد.

که نتیجه خالص این است که دو اثر مخالف یکدیگر را در دامنه خاصی از دما لغو می کنند.

یکی دیگر از کاربردهای مفید خازن های ضریب دما استفاده از آنها برای لغو اثر دما بر سایر اجزای داخل مدار مانند سلف ها یا مقاومت ها و غیره است.

7. ایجاد دو قطب

قطبش خازن به‌طور معمول به خازن های نوع الکترولیتی اما به طور عمده آلومینیوم الکترولیتیک‌،‌با توجه به‌اتصال الکتریکی آنها اشاره‌دارد.

اکثر خازن های الکترولیتی از نوع قطبی هستند.

یعنی ولتاژ متصل به پایانه های خازن باید قطبیت صحیح داشته باشد‌، یعنی مثبت به مثبت و منفی به منفی.

قطبش نادرست می تواند باعث از بین رفتن لایه اکسید درون خازن شود .

در نتیجه جریان های بسیار زیادی از دستگاه عبور کرده و منجر به تخریب شود.

همانطور که قبلاً اشاره کردیم.

همانطور که نشان داده شده است ، در اکثر خازنهای الکترولیتی ، ترمینال منفی به وضوح با نوار سیاه ، باند ، فلش یا شورون در یک طرف بدن آنها مشخص شده است ، تا از اتصال نادرست به منبع تغذیه DC جلوگیری کند.

برخی از الکترولیتیک ها می‌توانند فلز یا بدنه خود را به ترمینال منفی متصل کنند.

اما انواع ولتاژ بالای آن‌ها می‌توانند با الکترودهای ورودی به بیل جداگانه یا پایه های پیچ برای ایمنی عایق شوند.

همچنین ، هنگام استفاده از الکترولیتیک آلومینیوم در مدارهای هموار کننده منبع تغذیه ، باید مراقب باشید تا از تبدیل ولتاژ معکوس پیک ولتاژ DC و ولتاژ موج دار AC جلوگیری شود.

8. مقاومت سری معادل ، (ESR)

مقاومت معادل سری یا ESR یک خازن ، امپدانس AC خازن است که در فرکانس های بالا استفاده می شود .

*این مقاومت شامل:

مقاومت ماده دی الکتریک‌

‌مقاومت‌ DC ‌سرب‌های ترمینال

مقاومت DC اتصالات به دی الکتریک

و مقاومت صفحه خازن همه در یک فرکانس و درجه حرارت خاص اندازه گیری می شود.

از برخی جهات‌،‌ESR‌مخالف مقاومت عایق است که به عنوان یک مقاومت خالص‌(بدون واکنش خازنی یا القایی)‌به موازات خازن ارائه می‌شود.

از خازن ایده آل فقط ظرفیت خازنی دارد اما ESR به صورت یک مقاومت خالص (کمتر از 0.1Ω) به صورت سری با خازن (از این رو نام مقاومت سری معادل) ارائه می شود و این به فرکانس وابسته است و آن را به یک مقدار “پویا” تبدیل می کند.

از آنجا که ESR تلفات انرژی مقاومت سری “معادل” یک خازن را تعریف می کند.

بنابراین باید تلفات کلی گرمایش I2R خازن را مشخص کند ، خصوصاً در مدارهای تغذیه و سوئیچینگ.

خازن ها با‌ESR‌نسبتاً بالا به دلیل ثابت‌بودن زمان شارژ و تخلیه طولانی‌تر‌،‌توانایی کمتری در انتقال‌جریان به صفحه‌های آن به‌مدار‌خارجی دارند.

ESR خازن های الکترولیتی با خشک شدن الکترولیت آنها با گذشت زمان افزایش می یابد.

خازن هایی با درجه ESR بسیار‌پایین در دسترس هستند و هنگام استفاده از خازن به عنوان فیلتر مناسب‎ترین حالت هستند.

به عنوان نکته آخر‌، خازن های با ظرفیت کوچک (کمتر از 0.01μF) به طور کلی خطر زیادی برای انسان ندارند.

با این حال‌، هنگامی که ظرفیت خازنی آنها از 0.1μF فراتر می‌رود‌، لمس سرب خازن می‌تواند یک تجربه تکان‌دهنده باشد.

خازن ها توانایی ذخیره بار الکتریکی را به صورت ولتاژ روی خود حتی در صورت عدم وجود جریان مدار دارند ، به آنها نوعی حافظه با خازن های مخزن بزرگ نوع الکترولیتی که در مجموعه های تلویزیونی ، فلاش های عکس و بانک های خازن به طور بالقوه ذخیره می شوند ، می دهد. یک شارژ مرگبار!

*به عنوان یک قاعده کلی:

هرگز منبع تغذیه خازن های بزرگ را قطع نکنید.

اگر در مورد وضعیت آنها یا نحوه استفاده ایمن از این خازن های بزرگ مطمئن نیستید ، قبل از استفاده از آنها از کمک یا مشاوره تخصصی استفاده کنید.

ما در اینجا فقط چند مورد از بسیاری از ویژگی های خازن موجود را برای شناسایی و تعریف شرایط کارکرد آن ذکر کرده ایم.

در مقاله بعدی در بخش ما در مورد خازن ها ، ما به نحوه ذخیره خازن ها بار الکتریکی بر روی صفحات خود و استفاده از آن برای محاسبه ظرفیت آن نگاه می کنیم.