خازن چیست؟

مجموعه ای از خازن الکترولیتی سوراخ دار و سطحی. توجه داشته باشید که هر کدام روشی برای علامت گذاری کاتد دارند (سرب منفی).

متأسفانه کلاهک های الکترولیتی معمولاً پلاریزه می شوند. آنها یک پایه مثبت - آند - و یک پایه منفی به نام کاتد دارند. هنگامی که ولتاژ به کلاهک الکترولیتی اعمال می شود، آند باید در ولتاژ بالاتری نسبت به کاتد باشد. کاتد یک خازن الکترولیتی معمولاً با علامت '-' و یک نوار رنگی روی بدنه مشخص می شود. همچنین ممکن است پایه آند به عنوان نشانه دیگری کمی بلندتر باشد. اگر ولتاژ به صورت معکوس روی کلاهک الکترولیتی اعمال شود، به طور چشمگیری از کار می افتند (باز شدن پاپ و ترکیدن)، و برای همیشه. پس از ترکیدن یک الکترولیت مانند یک اتصال کوتاه رفتار می کند.

این درپوش‌ها همچنین به دلیل نشتی بدنام هستند - به مقادیر کمی جریان (در حد nA) اجازه می‌دهند تا از یک ترمینال به ترمینال دیگر از طریق دی الکتریک عبور کنند. این باعث می‌شود درپوش‌های الکترولیتی برای ذخیره‌سازی انرژی ایده‌آل نباشند، که با توجه به ظرفیت و ولتاژ بالای آن‌ها جای تاسف دارد.

ابرخازنها

اگر به دنبال خازن ساخته شده برای ذخیره انرژی هستید، فراتر از ابرخازن ها نباشید. این کلاهک ها به گونه ای منحصر به فرد طراحی شده اند که ظرفیت خازنی بسیار بالایی دارند، در محدوده فاراد.

ابرخازن

یک ابرخازن 1F (!). ظرفیت خازنی بالا، اما فقط برای 2.5 ولت رتبه بندی شده است. توجه داشته باشید که اینها نیز قطبی شده اند.

در حالی که آنها می توانند مقدار زیادی شارژ را ذخیره کنند، سوپرکاپ ها نمی توانند با ولتاژهای بسیار بالا مقابله کنند. این سوپرکاپ 10F فقط برای حداکثر 2.5 ولت رتبه بندی شده است. هر چیزی بیش از این آن را نابود خواهد کرد. سوپر کلاهک ها معمولاً به صورت سری قرار می گیرند تا به ولتاژ بالاتری دست یابند (در حالی که ظرفیت کل کاهش می یابد).

کاربرد اصلی ابرخازن‌ها در ذخیره و آزادسازی انرژی مانند باتری‌ها است که رقیب اصلی آنهاست. در حالی که سوپرکاپ ها نمی توانند به اندازه یک باتری هم اندازه انرژی در خود نگه دارند، اما می توانند آن را بسیار سریعتر آزاد کنند و معمولاً طول عمر بیشتری دارند.

دیگران

کلاهک های الکترولیتی و سرامیکی حدود 80 درصد از انواع خازن های موجود را پوشش می دهند (و سوپرکاپ ها فقط حدود 2 درصد هستند، اما فوق العاده هستند!). یکی دیگر از انواع خازن های رایج، خازن فیلم است که تلفات انگلی بسیار کم (ESR) را دارد و برای مقابله با جریان های بسیار بالا عالی است.

تعداد زیادی خازن کمتر رایج دیگر وجود دارد. خازن های متغیر می توانند طیف وسیعی از ظرفیت ها را تولید کنند، که آنها را جایگزین خوبی برای مقاومت های متغیر در مدارهای تنظیم می کند. سیم های پیچ خورده یا PCB ها می توانند خازن ایجاد کنند (گاهی اوقات نامطلوب) زیرا هر یک از دو هادی تشکیل شده است که توسط یک عایق از هم جدا شده اند. لیدن کوزه -- یک شیشه شیشه ای پر شده و توسط هادی احاطه شده -- O.G. از خانواده خازن ها در نهایت، البته، خازن‌های شار (ترکیبی عجیب از سلف و خازن) برای سفر به دوران شکوه حیاتی هستند.

خازن های سری/موازی

مانند مقاومت ها، چندین خازن را می توان به صورت سری یا موازی ترکیب کرد تا یک ظرفیت معادل ترکیبی ایجاد کند. با این حال، خازن ها به گونه ای با هم جمع می شوند که کاملاً برعکس مقاومت ها است.

خازن ها به صورت موازی

هنگامی که خازن ها به صورت موازی با یکدیگر قرار می گیرند، ظرفیت کل صرفاً مجموع همه ظرفیت ها است. این مشابه روشی است که مقاومت ها در حالت سری اضافه می شوند.

خازن ها به صورت موازی اضافه می شوند

بنابراین، برای مثال، اگر سه خازن با مقادیر 10µF، 1µF، و 0.1µF به صورت موازی داشته باشید، ظرفیت کل 11.1µF (10+1+0.1) خواهد بود.

خازن های سری

همانطور که مقاومت‌ها به صورت موازی به آن‌ها اضافه می‌شوند، خازن‌ها نیز وقتی به صورت سری قرار می‌گیرند بد بو می‌شوند. ظرفیت کل N خازن های سری، معکوس مجموع همه خازن های معکوس است.

خازن های سری معکوس مجموع معکوس آنها هستند

اگر فقط دو خازن به صورت سری دارید، می توانید از روش "محصول بیش از جمع" برای محاسبه ظرفیت کل استفاده کنید:

معادله 2 خازن در سری Ctot=C1*C2/(C1+C2)

اگر این معادله را حتی فراتر ببریم، اگر دو خازن با مقدار مساوی به صورت سری داشته باشید، ظرفیت کل نیمی از مقدار آنها است. به عنوان مثال، دو ابرخازن 10F به صورت سری ظرفیت کل 5F را تولید می کنند (همچنین مزیت دوبرابر کردن ولتاژ کل خازن را از 2.5 ولت به 5 ولت خواهد داشت).

نمونه های کاربردی

هزاران برنامه کاربردی برای این مؤلفه غیرفعال کوچک (در واقع آنها معمولاً بسیار بزرگ هستند) وجود دارد. برای اینکه ایده ای از طیف وسیع کاربرد آنها به شما ارائه دهیم، در اینجا چند مثال آورده شده است:

جداسازی (بای پس) خازن

بسیاری از خازن هایی که در مدارها مشاهده می کنید، به خصوص خازن هایی که دارای مدار مجتمع هستند، در حال جدا شدن هستند. وظیفه خازن جداکننده سرکوب نویز فرکانس بالا در سیگنال های منبع تغذیه است. آنها امواج ولتاژ کوچک را که در غیر این صورت می تواند برای آی سی های ظریف مضر باشد، از منبع ولتاژ خارج می کنند.

به نوعی، خازن‌های جداکننده به‌عنوان منبع تغذیه محلی بسیار کوچک برای آی‌سی عمل می‌کنند (تقریباً مانند منبع تغذیه بدون وقفه برای رایانه‌ها). اگر منبع تغذیه به طور موقت ولتاژ خود را کاهش دهد (که در واقع بسیار رایج است، به خصوص

زمانی که مداری که آن را تغذیه می‌کند دائماً نیاز بار خود را تغییر می‌دهد، یک خازن جداکننده می‌تواند برای مدت کوتاهی برق را با ولتاژ صحیح تامین کند. به همین دلیل است که به این خازن ها کلاهک بای پس نیز می گویند. آنها می توانند به طور موقت به عنوان منبع تغذیه عمل کنند و منبع تغذیه را دور بزنند.

خازن های جداکننده بین منبع تغذیه (5 ولت، 3.3 ولت و غیره) و زمین متصل می شوند. استفاده از دو یا چند خازن با ارزش های متفاوت و حتی انواع مختلف برای دور زدن منبع تغذیه غیرمعمول نیست، زیرا برخی از مقادیر خازن در فیلتر کردن فرکانس های خاصی از نویز بهتر از مقادیر دیگر هستند.