آشنایی با خازن‌ها

خازن چیست؟ خازن (Capacitor) المانی است که انرژی الکتریکی را توسط یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره می‌کند و تحت شرایطی این انرژی الکتریکی را آزاد می‌کند. خازن‌ها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند که پراستفاده‌ترین آنها در صنایع برق و الکترونیک خازن‌های مسطح هستند. این نوع خازن‌ها از دو صفحه هادی که بین آنها ماده عایقی قرار گرفته است تشکیل می‌شوند. در شکل (1) ساختمان یک خازن مسطح و در شکل (2) علامت اختصاری آن نمایش داده شده است.

به صفحات خازن، جوشن‌های خازن نیز می‌گویند که معمولا از آلومینیوم، نقره، قلع و روی ساخته می‌شوند. صفحات خازن َدر فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. عایق بین صفحات خازن معمولا از جنس هوا، کاغذ، میکا، پلاستیک، سرامیک، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم می‌باشد. به عایق بین صفحات خازن دی‌الکتریک می‌گویند. دی‌الکتریک‌ها انواع مختلفی دارند و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردند. این ضریب را ضریب دی‌الکتریک می‌نامند و آن را با ε_r (اپسیلن آر) نمایش می‌دهند. ضریب دی‌الکتریک هوا را 1 در نظر می‌گیرند.
ضریب دی‌الکتریک هر ماده نشان دهنده این است که خاصیت دی‌الکتریکی آن ماده چند برابر خاصیت دی‌الکتریکی هوا است. به عنوان مثال وقتی گفته می‌شود ضریب دی‌الکتریک سرامیک 1200 - 800 است منظور این است که خاصیت دی‌الکتریکی سرامیک 800 تا 1200 برابر بیشتر از خاصیت دی‌الکتریکی هوا می‌باشد.

حال که با ساختمان خازن آشنا شدید یک بار دیگر به تعریف خازن بر می‌گردیم. گفتیم که خازن المانی است که انرژی الکتریکی را توسط یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره می‌کند و تحت شرایطی این انرژی را آزاد می‌کند. اما خازن چگونه می‌تواند چنین عملی را انجام دهد؟ برای پاسخ به این سوال ابتدا باید با مفاهیم شارژ و دشارژ خازن آشنا شوید.

شارژ و دشارژ خازن: قبل از اینکه به صفحات خازن ولتاژی اعمال شود، هر یک از صفحات خازن از نظر بار الکتریکی خنثی هستند یعنی در هر یک از صفحات خازن تعداد الکترونها و پروتونها با هم برابر است. اما زمانی که یک منبع تغذیه DC به دو سر خازن متصل می‌شود الکترونها از قطب منفی منبع تغذیه به طرف صفحه‌ای از خازن که به آن قطب متصل است شروع به حرکت می‌کنند و در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه افزایش می‌یابد و همزمان همان تعداد الکترون از صفحه دیگر خازن به طرف قطب مثبت منبع تغذیه شروع به حرکت می‌کنند و در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه کاهش می‌یابد و به این ترتیب در اثر حرکت الکترونها، جریانی در مدار جاری می‌شود و گفته می‌شود خازن در حال شارژ شدن است. مقدار جریان مدار با ولتاژ دو سر خازن نسبت عکس دارد یعنی هر چه خازن بیشتر شارژ می‌شود، جریان مدار کاهش بیشتری می‌یابد. این روند تا آنجا ادامه می‌یابد که ولتاژ دو سر خازن با ولتاژ دو سر منبع تغذیه برابر شود و پس از آن حرکت الکترونها متوقف شده و شارژ شدن خازن پایان می‌پذیرد. یعنی خازن به اندازه ولتاژ منبع تغذیه DC شارژ می‌شود. همانطور که ملاحظه فرمودید در یک خازن شارژ شده یکی از صفحات خازن دارای بار منفی (تراکم الکترون) و صفحه دیگر دارای بار مثبت (تراکم پروتون) می‌شود و همانطور که می‌دانید بین بارهای ناهمنام نیروی جاذبه‌ای وجود دارد که این نیروی جاذبه سبب ایجاد یک میدان الکتریکی بین این بارها می‌شود و در نتیجه بین صفحات شارژ شده یک میدان الکتریکی ایجاد می‌گردد که به دلیل اینکه بارهای ساکن سبب ایجاد این میدان الکتریکی شده‌اند به آن میدان الکترواستاتیک گفته می‌شود. تحت تاثیر این میدان الکترونها تمایل دارند خود را از صفحه دارای بار منفی به صفحه دارای بار مثبت رسانده و با پروتونها ترکیب شوند، اما دی‌الکتریک بین صفحات خازن مانع این امر می‌شود و به این ترتیب یک انرژی الکتریکی توسط میدان الکترواستاتیک در خازن ذخیره می‌شود. البته همواره تعداد کمی از الکترونها می‌توانند از دی‌الکتریک عبور کرده و خود را به بارهای مثبت صفحه مقابل برسانند و جریان خیلی ضعیفی را در دی‌الکتریک برقرار کنند که این جریان، جریان نشتی خازن نامیده می‌شود و مقدار آن بستگی به نوع دی‌الکتریک دارد و اگر خازن شارژ شده‌ای از مدار جدا گردد، در اثر همین جریان نشتی به مرور زمان دشارژ می‌شود و این همان اتفاقی است که برای باتری‌هایی که بدون استفاده شدن، پس از مدت زمانی غیر قابل استفاده می‌شوند می‌افتد. حال اگر دو پایه خازن شارژ شده و جدا شده از منبع تغذیه، به یکدیگر متصل شوند، الکترونها از صفحه دارای بار منفی به سمت صفحه دارای بار مثبت حرکت کرده و سبب دشارژ شدن خازن می‌شوند. بنابراین هنگامی که خازن شارژ می‌شود ولتاژ دو سر آن افزایش می‌یابد و زمانی که خازن دشارژ می‌شود ولتاژ دو سر آن کاهش می‌یابد. در ادامه به بررسی مهمترین مشخه خازن یعنی ظرفیت آن می‌پردازیم.

ظرفیت خازن: ظرفیت هر خازن نشان‌دهنده توانایی خازن در ذخیره کردن بار الکتریکی است و بنا به تعریف، ظرفیت خازن برابر است با مقدار بار الکتریکی که باید روی یکی از صفحات خازن جمع شود تا پتانسیل آن نسبت به صفحه دیگر به اندازه یک ولت افزایش یابد و به عبارت دیگر، حاصل تقسیم بار الکتریکی (Q) ذخیره شده روی هر یک از صفحات خازن بر اختلاف پتانسیل (V) میان دو صفحه را ظرفیت خازن گویند. ظرفیت خازن را با حرف C نمایش می‌دهند که از کلمه Capacitance به معنی ظرفیت گرفته شده است. بنابراین میزان ذخیره شدن بار الکتریکی بر روی صفحات خازن، به ظرفیت خازن بستگی دارد. یعنی در یک ولتاژ برابر، خازنی که ظرفیت کمتری دارد، بار کمتر و خازنی که ظرفیت بیشتری دارد، بار بیشتری را در خود ذخیره می‌کند. واحد اندازه‌گیری ظرفیت خازن فاراد است که از نام مایکل فاراده گرفته شده است و آن عبارت است از نسبت یک کولن بار ذخیره شده درهر یک از صفحات خازن به اختلاف پتانسیل یک ولت اتصال داده شده است به دو سر خازن. بنابراین ظرفیت خازن را می‌توان از رابطه زیر محاسبه نمود.
که در این رابطه C ظرفیت خازن بر حسب فاراد (F) و Q بار یک صفحه بر حسب کولن (C) و V ولتاژ دو سر خازن بر حسب ولت (V) است. به عنوان مثال اگر به دو سر یک خازن، یک ولتاژ DC با دامنه 30 ولت اعمال شود و در اثر این ولتاژ، 60 کولن بار در خازن ذخیره شود، ظرفیت خازن چقدر است؟
بنابراین ظرفیت این خازن 2 فاراد است.

فاراد واحد بزرگی است و معمولا در کارهای الکترونیکی از واحدهای کوچکتری مانند میلی‌فاراد، میکروفاراد، نانوفاراد و پیکوفاراد استفاده می‌شود.

اما سوالی در اینجا مطرح می‌شود و آن این است که ظرفیت یک خازن به چه عواملی بستگی دارد؟ در پاسخ باید گفت که ظرفیت یک خازن به عوامل مختلفی بستگی دارد که مهمترین این عوامل عبارتند از:

1- مساحت صفحات خازن

2- ثابت دی‌الکتریک خازن

3- فاصله بین صفحات خازن

مساحت صفحات خازن: هر چه یک خازن دارای صفحات بزرگتری باشد، ظرفیت بیشتری خواهد داشت. زیرا هر چه صفحات خازن بزرگتر باشند، بار بیشتری روی آنها ذخیره می‌شود. بنابراین ظرفیت خازن با مساحت صفحات خازن نسبت مستقیم دارد، یعنی با دو برابر شدن مساحت صفحات خازن، ظرفیت خازن نیز دو برابر می‌شود و برعکس، در صورت نصف شدن مساحت صفحات خازن، ظرفیت خازن نیز نصف می‌شود.

ثابت دی‌الکتریک خازن: هر چه ثابت دی‌الکتریک یک خازن بیشتر باشد، آن خازن ظرفیت بیشتری خواهد داشت. علت این امر آن است که زمانی که یک دی‌الکتریک در یک میدان الکتریکی قرار می‌گیرد مولکولهای دی‌الکتریک تحت تاثیر میدان الکتریکی به صورت مولکولهای دوقطبی در می‌آیند. یعنی در هر مولکول دی‌الکتریک، بارهای مثبت و منفی از یکدیگر فاصله گرفته و در دو محدوده مجزا قرار می‌گیرند و بین این بارهای مثبت و منفی یک میدان الکتریکی ایجاد می‌شود. دوقطبی‌های حاصل در راستای میدان الکتریکی ایجاد شده بین صفحات خازن قرار می‌گیرند و همواره قطبهای منفی دوقطبی‌ها به سمت جوشن دارای بار مثبت و قطبهای مثبت دوقطبی‌ها به سمت جوشن دارای بار منفی قرار می‌گیرند. این وضعیت در شکل (3) نمایش داده شده است.

همانطور که در این شکل مشاهده می‌کنید در لبه سمت چپ دی‌الکتریک، بارهای منفی دوقطبی‌ها جمع شده‌اند. بین این بارهای منفی و الکترونهای موجود در جوشن دارای بار مثبت، نیروی دافعه ایجاد شده و الکترونهای موجود در جوشن دارای بار مثبت، این جوشن را ترک می‌کنند و در نتیجه بار الکتریکی مثبت این جوشن افزایش می‌یابد. در لبه سمت راست دی‌الکتریک نیز بارهای مثبت دوقطبی‌ها جمع شده‌اند. این بارهای مثبت الکترونهای بیشتری را به طرف جوشن دارای بار منفی جذب می‌کنند و سبب افزایش بار منفی این جوشن می‌شوند. بنابراین استفاده از دی‌الکتریک باعث می‌شود بار الکتریکی بیشتری بر روی صفحات خازن ذخیره شود و یا به عبارتی استفاده از دی‌الکتریک باعث افزایش ظرفیت خازن می‌گردد.

همانطور که می‌دانید زمانی که الکترونها در یک میدان الکتریکی قرار می گیرند، در خلاف جهت میدان الکتریکی حرکت کرده و خود را به پلاریته مثبت می‌رسانند. در یک خازن نیز الکترونهای جوشن دارای بار منفی تمایل دارند که به وسیله میدان الکتریکی بین جوشن‌های خازن، خود را به جوشن دارای بار مثبت برسانند اما استفاده از دی‌الکتریک، تعداد زیادی از الکترونها را در رسیدن به این هدفشان ناکام می‌گذارد زیرا جهت میدان الکتریکی مولکولهای دوقطبی دی‌الکتریک در خلاف جهت میدان الکتریکی ایجاد شده بین جوشن‌های خازن است و مجموع میدان‌های الکتریکی مولکولهای دوقطبی سبب تضعیف میدان الکتریکی ایجاد شده بین جوشن‌های خازن می‌شود و در نتیجه فقط تعداد خیلی کمی از این الکترونها می‌توانند از دی‌الکتریک عبور کرده و و خود را به جوشن مقابل برسانند و سبب ایجاد جریان نشتی در خازن شوند. بنابراین هر چه در یک خازن از دی‌الکتریک بهتری استفاده شود، الکترونهای کمتری می‌توانند از دی‌الکتریک عبور کنند و در نتیجه جریان نشتی خازن کمتر می‌شود. فلش‌هایی که در شکل (3) رسم شده‌اند نشان‌دهنده میدان الکتریکی هستند. همانطور که در این شکل مشاهده می‌کنید میدان الکتریکی بین لبه‌های دی‌الکتریک و جوشن‌های خازن قوی و میدان الکتریکی بین دو جوشن خازن به سبب وجود دی‌الکتریک ضعیف است.

فاصله بین صفحات خازن: هر چه فاصله بین صفحات یک خازن کمتر باشد، مقدار ظرفیت خازن بیشتر خواهد بود و برعکس، هر چه فاصله بین صفحات خازن بیشتر باشد، خازن ظرفیت کمتری خواهد داشت و این یعنی اینکه مقدار ظرفیت خازن با فاصله بین صفحات آن نسبت عکس دارد. علت این امر این است که هر چه فاصله بین صفحات خازن کمتر باشد، میدان الکترواستاتیک ایجاد شده بین دو صفحه خازن قوی‌تر می‌شود و در نتیجه تعداد بیشتری از مولکولهای دوقطبی‌شده دی‌الکتریک در راستای میدان الکترواستاتیک بین صفحات خازن قرار می‌گیرند و این امر همانطور که قبلا گفته شد سبب افزایش ظرفیت خازن می‌شود.

البته علاوه بر موارد بالا، عوامل دیگری نیز همچون درجه حرارت محیط، فرکانس ولتاژ دو سر خازن و مدت زمان استفاده از خازن در میزان ظرفیت خازن مؤثرند، اما میزان تاثیر آنها در مقایسه با موارد شرح داده شده ناچیز و نیز بستگی به شرایط و نحوه استفاده از خازن دارد.

با توجه به موارد ذکر شده، میزان ظرفیت خازن را می‌توان از رابطه زیر محاسبه نمود.
که در این رابطه ε ثابت دی‌الکتریک خازن، A مساحت صفحات خازن و d فاصله بین صفحات خازن می‌باشد.
ثابت دی‌الکتریک هر خازن از رابطه زیر بدست می‌آید.
که در این رابطه ε ثابت دی‌الکتریک خازن، ε_r ضریب دی‌الکتریک خازن و ε₀ ثابت دی‌الکتریک هوا است که مقدار آن برابر است با:

به عنوان مثال ظرفیت خازنی که مساحت صفحات آن 0.04 متر مربع و فاصله صفحات آن 0.002 متر و نوع دی‌الکتریک به کار رفته در آن اکسید آلومینیوم است را محاسبه کنید.
بنابراین ظرفیت این خازن 1.239 نانوفاراد است.

در ادامه به بررسی ضریب حرارتی خازن می‌پردازیم.

ضریب حرارتی خازن: بر روی بعضی از خازنها ضریبی به نام ضریب حرارتی خازن درج شده است. می‌خواهیم بررسی کنیم که منظور از این ضریب چیست؟ ظرفیتی که بر روی هر خازن می‌نویسند، ظرفیت آن خازن در دمای اتاق یعنی 25 درجه سانتی‌گراد می‌باشد و اگر درجه حرارتی که خازن در آن کار می‌کند از 25 درجه سانتی‌گراد بیشتر و یا کمتر شود، ظرفیت خازن تغییر خواهد کرد. بر همین اساس معمولا بر روی خازنها ضریب حرارتی خازن را درج می‌کنند که این ضریب نشان‌دهنده این است که با تغییر درجه حرارت، ظرفیت خازن چه تغییری می‌کند. اگر ضریب حرارتی خازن مثبت باشد، افزایش درجه حرارت، سبب افزایش ظرفیت خازن می‌شود و کاهش درجه حرارت، سبب کاهش ظرفیت خازن می‌گردد. در صورتی که ضریب حرارتی خازن منفی باشد، افزایش و کاهش درجه حرارت به ترتیب سبب کاهش و افزایش ظرفیت خازن می‌شود. البته به دلیل اینکه معمولا تغییرات درجه حرارت تاثیر ناچیزی بر روی ظرفیت خازن می‌گذارد، در بسیاری از موارد ضریب حرارتی خازن مورد توجه قرار نمی‌گیرد و حتی بر روی بعضی از خازنها اصلا درج نمی‌شود. ضریب حرارتی خازن بر حسب PPM بیان می‌شود. در مواردی که ضریب حرارتی خازن بر روی آن نوشته می‌شود معمولا مثبت و منفی بودن ضریب حرارتی خازن را با حروف P و N مشخص می‌کنند. به عنوان مثال عبارت N500 به معنای ضریب حرارتی 500PPM− و عبارت P300 به معنای ضریب حرارتی 300PPM+ و عبارت NP0 به معنای ضریب حرارتی صفر است.
قبلا گفتیم که اگر به دو سر یک خازن یک ولتاژ DC اعمال کنیم خازن شروع به شارژ شدن می‌کند و جریانی در مدار برقرار می‌شود و هر چه خازن بیشتر شارژ می‌شود جریان بیشتر کاهش می‌یابد و سرانجام با شارژ شدن کامل خازن، جریان مدار صفر می‌شود. اما اگر به دو سر خازن یک ولتاژ AC متصل کنیم چه اتفاقی روی می‌دهد؟ در این حالت خازن مرتب شارژ و دشارژ می‌شود و سرعت شارژ و دشارژ شدن خازن به فرکانس ولتاژ AC بستگی دارد. در این حالت با اینکه جریانی از داخل خازن عبور نمی‌کند ولی اگر آمپرمتری در مدار داشته باشیم، آمپرمتر عبور جریانی را از مدار نشان می‌دهد، درست مانند اینکه مقاومتی در مدار قرار دارد و جریان را محدود می‌کند. مخالفت خازن در مقابل جاری شدن جریان را عکس‌العمل خازنی یا راکتانس خازنی و یا مقاومت خازنی می‌گویند و آن را با X_c نمایش می‌دهند. راکتانس خازنی به ظرفیت خازن و فرکانس ولتاژ دو سر خازن بستگی دارد. یعنی هر چه ظرفیت خازن و یا ولتاژ دو سر خازن بیشتر باشد راکتانس خازنی کمتر است و برعکس. راکتانس خازنی را می‌توان از رابطه زیر محاسبه نمود.
که در این رابطه X_c راکتانس خازنی بر حسب اهم، f فرکانس ولتاژ دو سر خازن بر حسب هرتز و C ظرفیت خازن بر حسب فاراد است. به عنوان مثال در مدار شکل (4) فرکانس مولد موج سینوسی 1000 هرتز و ظرفیت خازن 1 میکروفاراد است. مقدار راکتانس خازنی را بدست آورید.

بنابراین در این مدار راکتانس خازنی 159Ω است.

ولتاژ مجاز خازن: یکی از مهمترین مشخصه‌های یک خازن، ولتاژ مجاز آن می‌باشد و منظور از آن حداکثر ولتاژی است که می‌توان به خازن اعمال نمود به طوری که دی‌الکتریک خازن آسیب نبیند. قبلا گفتیم که زمانی که یک اختلاف پتانسیل به دو سر خازن اعمال می‌شود یک میدان الکتریکی قوی بین هر یک از جوشن‌های خازن و لبه‌های دی‌الکتریک و یک میدان الکتریکی ضعیف بین دو جوشن خازن ایجاد می‌شود و هر چه ولتاژ دو سر خازن بیشتر شود، این میدان‌های الکتریکی نیز قوی‌تر می‌شوند. حال اگر ولتاژ اعمال شده به دو سر خازن از ولتاژ مجاز آن بیشتر شود، در اثر قوی شدن بیش از حد میدان الکتریکی، مولکولهای دی‌الکتریک شکسته شده و بین جوشن‌های خازن قوس الکتریکی ایجاد می‌گردد و این قوس الکتریکی سبب تبدیل شدن خازن به یک هادی می‌شود. بنابراین همیشه باید علاوه بر ظرفیت خازن به ولتاژ مجاز آن نیز توجه داشت. ولتاژ مجاز خازنهای الکترولیتی بر روی آنها نوشته می‌شود. خازنهای عدسی معمولا دارای ولتاژ مجاز 50 ولت با بالا هستند و ولتاژ مجاز خازنهای پلی‌استر نیز از 50 ولت به بالاست که معمولا بر روی آنها نوشته می‌شود. همیشه خازنهای با ولتاژ مجاز بیشتر، گرانتر هستند.

سری و موازی کردن خازنها: اگر همانند شکل (5) تعدادی خازن با یکدیگر سری شوند، ظرفیت خازن معادل از رابطه زیر بدست می‌آید.
که در این رابطه C ظرفیت خازن معادل بین نقاط A و B می‌باشد و مقدار آن از ظرفیت خازنهای C2 ،C1 و C3 کمتر است. به عنوان مثال اگر در شکل (5)، C1=1µF و C2=2µF و C3=3µF باشند، مقدار ظرفیت خازن معادل برابر است با:
همانطور که ملاحظه می‌کنید 0.55µF از مقادیر 1µF و 2µF و 3µF کمتر است. اما در مدار فوق رابطه مربوط به راکتانس خازن معادل به صورت زیر است.
یعنی راکتانس خازن معادل برابر است با مجموع راکتانس‌های خازنهای سری شده.
بنابراین سری بستن خازنها، سبب کاهش ظرفیت خازن معادل و افزایش راکتانس خازن معادل می‌شود.

اما در صورتی که خازنها همانند شکل (6)، به صورت موازی بسته شوند، مقدار ظرفیت خازن معادل از رابطه زیر محاسبه می‌شود.
یعنی ظرفیت خازن معادل برابر مجموع ظرفیت‌های خازنهای موازی خواهد بود. به عنوان مثال اگر در شکل (6) داشته باشیم C1=1µF و C2=2µF و C3=3µF آنگاه ظرفیت خازن معادل برابر خواهد بود با:
اما در مدار فوق مقدار راکتانس خازن معادل بین نقاط A و B از رابطه زیر بدست می‌آید.که در این رابطه X_c راکتانس خازن معادل می‌باشد. بنابراین موازی بستن خازنها، سبب افزایش ظرفیت خازن معادل و کاهش راکتانس خازن معادل می‌گردد. در ادامه به بررسی انواع خازنها می‌پردازیم.

انواع خازن‌ها: خازن‌ها به دو دسته کلی تقسیم می‌شوند.

1- خازن‌های ثابت

2- خازن‌های متغیر

خازن‌های ثابت: این خازن‌ها دارای ظرفیت ثابتی هستند و بر اساس نوع ماده دی‌الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم‌بندی و نامگذاری می‌شوند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. مهمترین خازن‌های ثابت عبارتند از:

1- خازن سرامیکی

2- خازن میکا

3- خازن ورقه‌ای

4- خازن الکترولیتی

خازن سرامیکی (Ceramic Capacitor): خازن سرامیکی یکی از پرکاربردترین خازنها می‌باشد. دی‌الکتریک به کار رفته در خازن سرامیکی از جنس سرامیک است و به دلیل اینکه سرامیک ثابت دی‌الکتریک بالایی دارد می‌توان خازنهای سرامیکی را در اندازه‌های کوچک و ظرفیت‌های بالا نسبت به حجمشان ساخت و این یکی از بزرگترین مزیت‌های خازنهای سرامیکی است. ولتاژ کار این خازنها از 50 ولت به بالاست. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 1PF تا 100nf است. این نوع خازنها به شکل‌های عدسی (دیسکی) و استوانه‌ای (لوله‌ای) تولید می‌شوند. عیب بزرگ این خازنها ضریب حرارتی بالای آنها است که این امرسبب تغییر ظرفیت خازن سرامیکی در اثر تغییر دما می‌شود. در شکل (7) تصویری از یک خازن سرامیکی عدسی و در شکل (8) تصویری از چند خازن سرامیکی استوانه‌ای نشان داده شده است. همچنین در شکل (9) تصویری از یک خازن سرامیکی که در ولتاژهای بالا مورد استفاده قرار می‌گیرد نمایش داده شده است.

مقدار ظرفیت خازنهای سرامیکی را ممکن است به همراه واحد آن بر روی خازن بنویسند که در این صورت مقدار ظرفیت خازن به راحتی خوانده می‌شود. نمونه‌ای از این نوع تعیین ظرفیت در شکل (10) نمایش داده شده است. کاملا مشخص است که ظرفیت این خازن 100nf است. گاهی برای تعیین ظرفیت خازن فقط از چند عدد استفاده می‌شود و واحدی برای ظرفیت خازن بر روی آن نوشته نمی‌شود. در این صورت اگر عدد روی خازن کوچکتر از یک باشد، آن عدد بیانگر مقدار ظرفیت خازن بر حسب میکروفاراد خواهد بود که نمونه‌ای از آن در شکل (11) نمایش داده شده است. مقدار ظرفیت این خازن 0.1µF است. اما اگر عدد روی خازن بزرگتر از یک و کمتر از 100 باشد، آن عدد بیانگر مقدار ظرفیت خازن بر حسب پیکوفاراد خواهد بود که نمونه‌ای از آن در شکل (12) نمایش داده شده است. در این شکل مقدار ظرفیت خازن 10PF است. حال اگر عدد روی خازن سه رقمی باشد، دو رقم اول را نوشته و به تعداد رقم سوم به آنها صفر اضافه می‌کنیم. عدد حاصل مقدار ظرفیت خازن را بر حسب پیکوفاراد نشان می‌دهد. نمونه‌ای از این نوع تعیین ظرفیت در شکل (13) نمایش داده شده است که مقدار ظرفیت این خازن 150PF است.


خازنهای میکا: خازنهای میکا از تعدادی ورقه نازک میکا به عنوان دی‌الکتریک و تعدادی ورقه نازک فلزی به عنوان صفحات هادی تشکیل می‌شوند. این ورقه‌ها به صورت یک در میان روی هم قرار می‌گیرند. ورقه‌های فلزی در دو دسته به یکدیگر وصل شده‌اند تا سطح مؤثر هر صفحه خازن را بزرگتر کنند و ظرفیت خازن بالا رود. هر چه تعداد صفحات فلزی بیشتر و اندازه آنها بزرگتر باشد، ظرفیت خازن افزایش می‌یابد. مجموعه ورقه‌های میکا و فلز در یک محفظه قرار می‌گیرند. ظرفیت خازنهای میکا کم و از چند پیکوفاراد تا حداکثر 5 نانوفاراد است. از ویژگی‌های اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا، ثبات ظرفیت، ضریب حرارتی پایین، عمر کارکرد طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد. در شکل (14) تصویری از یک خازن میکا نمایش داده شده است.


خازنهای ورقه‌ای: در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند.

1- خازنهای کاغذی

2- خازنهای پلاستیکی

خازنهای کاغذی: دی‌الکتریک این نوع خازنها از یک صفحه نازک کاغذی متخلخل تشکیل شده است که یک دی‌الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی‌الکتریک درون کاغذ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی‌الکتریک عایق آنها، دارای ابعاد فیزیکی بزرگی هستند اما از مزایای این خازنها این است که در ولتاژها و جریان‌های زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد. در شکل (15) تصویری از یک خازن کاغذی نمایش داده است.


خازنهای پلاستیکی: در این نوع از خازنها از ورقه‌های نازک پلاستیک به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی به همراه ورقه‌های نازک فلزی به صورت لوله شده در درون قاب پلاستیکی بسته‌بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب، در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند و به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌شود که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت وجود داشته باشد. یکی از انواع دی‌الکتریک‌هایی که در این نوع خازنها به کار می‌رود پلی‌استایرن (Polystyrene) است و از این رو به این خازنها، پلی‌استر نیز گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگاهرتز است. خازنهای پلاستیکی جریان نشتی خیلی کمی دارند. در شکل (16) نمونه‌ای از خازن‌های پلاستیکی نمایش داده شده است.


خازنهای الکترولیتی: اگر دی‌الکتریک یک خازن طی یک واکنش شیمیایی ایجاد شده باشد آن خازن را یک خازن الکترولیتی و در غیر‌اینصورت آن را یک خازن خشک می‌گویند. از خازنهای الکترولیتی به دلیل قابلیتی که در ساخت آنها وجود دارد برای ظرفیت‌های بالا استفاده می‌کنند. داشتن ظرفیت زیاد در آنها ناشی از به کار بردن یک لایه دی‌الکتریک نازک با ضخامت تقریبی کم (حدود یک نانومتر) است. چنین لایه‌ای به وسیله یک عمل شیمیایی (اکسیداسیون) بر روی فلزات مناسب همچون آلومینیوم و تانتالیوم تشکیل می‌شود. در اکثر خازنهای الکترولیتی پلاریته مثبت و منفی مشخص شده است و اصطلاحا گفته می‌شود خازنهای الکترولیتی قطبی هستند. به همین سبب، هنگام کار با این نوع خازنها باید دقت نمود، زیرا اگر خازن به صورت معکوس اتصال داده شود، دی‌الکتریک آن از بین رفته و خازن تبدیل به یک هادی می‌شود و سپس محلول الکترولیت خازن تجزیه می‌گردد و در اثر گاز ایجاد شده در محفظه، خازن منفجر می‌شود. خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند. در شکل (17) علائم اختصاری خازنهای الکترولیتی نمایش داده شده است.


خازنهای الکترولیتی آلومینیومی: این خازنها از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده‌اند که یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود، آند و ورقه آلومینیومی دیگر کاتد نامیده می‌شود. ساختمان داخلی این نوع خازنها به این صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین ورقه‌های آلومینیومی قرار دارند هم زمان پیچیده شده و به انتهای هر ورقه آلومینیومی یک سیم رابط متصل می‌شود. سپس این مجموعه را درون یک الکترولیت مناسب غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و توسط یک پولک پلاستیکی که سیمهای رابط خازن از آن می‌گذرد ارتباط فضای داخلی محفظه را با بیرون قطع می‌کنند. هنگامی که پایه آند به قطب مثبت و پایه کاتد به قطب منفی یک منبع تغذیه متصل می‌شوند در اثر واکنش شیمیایی بر روی ورقه آند یک لایه عایق اکسید آلومینیوم تشکیل می‌شود. ولتاژ کار خازن متناسب با ضخامت لایه اکسید است. از معایب این خازنها می‌توان به تبخیر و خارج شدن الکترولیت از پولک پلاستیکی و بالا بودن جریان نشتی آنها اشاره کرد و از جمله ویژگی‌های خوب این خازنها داشتن ظرفیت زیاد نسبت به حجمشان است. پایه منفی (کاتد) خازنهای الکترولیتی را با نواری که بر روی آن علامت منفی (−) درج شده است مشخص می‌کنند. بر روی این خازنها، ولتاژ مجاز و مقدار ظرفیت آنها را به طور مستقیم می‌نویسند. در شکل (18) تصویری از یک خازن الکترولیتی آلومینیومی نمایش داده شده است.


خازنهای الکترولیتی تانتالیومی: در این نوع خازنها به جای فلز آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود. به دلیل اینکه ثابت دی‌الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم بیشتر است خازنهای تانتالیومی نسبت به خازنهای آلومینیومی در حجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری می‌باشند. خازنهای تانتالیومی از خازنهای آلومینیومی گرانتر هستند و به همین دلیل در تولید انبوه محصولاتی که در ساخت آنها باید از خازنهای الکترولیتی استفاده شود، سعی می‌شود تا حد امکان از خازنهای آلومینیومی استفاده گردد. خازنهای تانتالیومی طول عمر کارکرد بیشتر و جریان نشتی کمتری نسبت به خازنهای آلومینیومی دارند و از این جهات بر خازنهای آلومینیومی برتری دارند. همچنین در ظرفیت‌های یکسان، خازنهای تانتالیومی حجم کمتری دارند. اما باید دقت داشته باشید که خازنهای تانتالیومی نسبت به افزایش ولتاژ دو سر خازن به بیش از ولتاژ مجاز و نیز اشتباه وصل شدن ولتاژ به دو سر خازن از نظر پلاریته، حساس‌تر از خازنهای آلومینیومی هستند و سریعتر آسیب می‌بینند. خازنهای تانتالیومی همچنین تحمل جریان‌های شارژ و دشارژ زیاد را ندارند و هنگام شارژ و دشارژ آنها باید به این مسئله توجه داشت. یکی از مزیت‌های خازنهای آلومینیومی نسبت به خازنهای تانتالیومی این است که خازنهای آلومینومی در ظرفیت‌های بالا نیز ساخته می‌شوند (تا چند هزار میکروفاراد) اما خازنهای تانتالیومی حداکثر تا ظرفیت 330µF ساخته می‌شوند. در شکل (19) تصاویری از خازنهای الکترولیتی تانتالیومی نمایش داده شده است.



خازنهای متغیر: به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازنها را تغییر داد. این سه عامل عبارتند از:

1- فاصله صفحات خازن

2- سطح موثر بین صفحات خازن

3- نوع دی‌الکتریک

اساس کار خازنهای متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن و یا تغییر فاصله بین صفحات خازن است. نوع دی‌الکتریک به کار رفته در خازنهای متغیر معمولا از جنس هوا یا پلاستیک است. خازن متغیری که عمل تغییر ظرفیت در آن به وسیله یک ولوم انجام می‌شود را خازن واریابل (Variable) و نوع دیگر را که در آن عمل تغییر ظرفیت باید به کمک پیچ گوشتی انجام گیرد خازن تریمر (Trimmer) گویند. محدوده تغییر ظرفیت در خازنهای واریابل از 10 تا 400 پیکوفاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکوفاراد است. در شکل (20) تصاویری از خازن واریابل و در شکل (21) علامت اختصاری خازن واریابل نمایش داده شده است. همچنین در شکل (22) تصاویری از خازن تریمر و در شکل (23) علامت اختصاری خازن تریمر نمایش داده شده است.