انواع خازن ها

انواع خازن
تنوع بسیار زیادی از انواع مختلف خازن در بازار موجود است و هر کدام مجموعه ای از ویژگی ها و کاربردهای خاص خود را دارند، از خازن های کوچک برش ظریف گرفته تا خازن های بزرگ از نوع قوطی فلزی که در تصحیح توان ولتاژ بالا استفاده می شوند. مدارهای صاف کننده مانند مقاومت‌ها، انواع مختلفی از خازن‌ها نیز وجود دارد که به ما اجازه می‌دهد تا مقدار ظرفیت خازن آنها را برای استفاده در مدارهای رادیویی یا "تنظیم فرکانس" تغییر دهیم.
انواع تجاری خازن ها از فویل فلزی درهم آمیخته با ورقه های نازک کاغذ آغشته به پارافین یا مایلار به عنوان ماده دی الکتریک ساخته می شوند. برخی از خازن‌ها شبیه لوله هستند، زیرا صفحات فویل فلزی به شکل یک سیلندر پیچیده می‌شوند تا یک بسته کوچک با مواد دی‌الکتریک عایق در بین آن‌ها قرار گیرد. خازن های کوچک اغلب از مواد سرامیکی ساخته می شوند و سپس برای آب بندی در یک رزین اپوکسی فرو می روند. در هر صورت، خازن‌ها نقش مهمی در مدارهای الکترونیکی بازی می‌کنند، بنابراین در اینجا چند نوع خازن رایج‌تر موجود است.
 
خازن دی الکتریک
خازن های دی الکتریک معمولاً از نوع متغیری هستند که برای تنظیم فرستنده ها، گیرنده ها و رادیوهای ترانزیستوری نیاز به تغییر مداوم ظرفیت است. خازن های دی الکتریک متغیر، انواعی با فاصله هوای چند صفحه ای هستند که دارای مجموعه ای از صفحات ثابت (پره های استاتور) و مجموعه ای از صفحات متحرک (پره های روتور) هستند که در بین صفحات ثابت حرکت می کنند. موقعیت صفحات متحرک نسبت به صفحات ثابت، مقدار ظرفیت کلی را تعیین می کند. زمانی که دو مجموعه صفحه کاملاً به هم متصل شوند، ظرفیت خازنی معمولاً حداکثر است. خازن های تنظیم کننده ولتاژ بالا دارای فواصل یا شکاف های هوای نسبتاً بزرگی بین صفحات هستند که ولتاژهای شکست به هزاران ولت می رسد.

نمادهای خازن متغیر
 

 
علاوه بر انواع متغیر پیوسته، خازن های متغیر از پیش تعیین شده نیز به نام Trimmers در دسترس هستند . اینها عموماً دستگاه‌های کوچکی هستند که می‌توان آن‌ها را با یک پیچ گوشتی کوچک روی یک مقدار ظرفیت خازنی تنظیم کرد یا از قبل تنظیم کرد و در ظرفیت‌های بسیار کوچک 500 pF یا کمتر و غیرقطبی هستند.
 
خازن فیلم
خازن‌های فیلم متداول‌ترین نوع خازن‌ها هستند که از خانواده نسبتاً بزرگی از خازن‌ها تشکیل شده‌اند که تفاوت آن‌ها در خواص دی الکتریک است. این خازن ها شامل پلی استر (Mylar)، پلی استایرن، پلی پروپیلن، پلی کربنات، کاغذ متالیز شده، تفلون و غیره است. خازن های نوع فیلم بسته به نوع خازن واقعی و درجه ولتاژ آن در محدوده ظرفیت خازنی از 5pF تا 100uF در دسترس هستند. خازن های فیلم نیز در انواع شکل ها و سبک های بدنه موجود می باشند که عبارتند از:
Wrap & Fill (بیضی و گرد) - جایی که خازن در یک نوار پلاستیکی محکم پیچیده شده و انتهای آن با اپوکسی پر شده است تا آنها را آب بندی کند.
کیس اپوکسی (مستطیل و گرد) - جایی که خازن در یک پوسته پلاستیکی قالب‌گیری شده قرار می‌گیرد که سپس با اپوکسی پر می‌شود.
فلزی هرمتیکی مهر و موم شده (مستطیلی و گرد) - جایی که خازن در یک لوله فلزی یا قوطی محصور شده و دوباره با اپوکسی مهر و موم شده است.
با تمام سبک های مورد فوق که در هر دو لید محوری و شعاعی موجود است.
خازن های فیلمی که از پلی استایرن، پلی کربنات یا تفلون به عنوان دی الکتریک استفاده می کنند، گاهی اوقات "خازن های پلاستیکی" نامیده می شوند . ساخت خازن های فیلم پلاستیکی مشابه خازن های فیلم کاغذی است اما به جای کاغذ از یک فیلم پلاستیکی استفاده می شود. مزیت اصلی خازن های فیلم پلاستیکی در مقایسه با انواع کاغذ آغشته شده این است که در شرایط دمای بالا به خوبی عمل می کنند، تحمل کمتری دارند، طول عمر بسیار بالایی دارند و قابلیت اطمینان بالایی دارند. نمونه‌هایی از خازن‌های فیلم، فیلم متالایز مستطیلی و انواع فیلم و فویل استوانه‌ای است که در زیر نشان داده شده است.
 
نوع سرب شعاعی
 

 
نوع سرب محوری
 

انواع فیلم و فویل خازن‌ها از نوارهای نازک بلندی از فویل فلزی نازک با مواد دی الکتریک در کنار هم ساخته می‌شوند که در یک رول محکم پیچیده شده و سپس در کاغذ یا لوله‌های فلزی مهر و موم می‌شوند. این نوع فیلم ها به یک فیلم دی الکتریک بسیار ضخیم تری نیاز دارند تا خطر پارگی یا سوراخ شدن فیلم را کاهش دهند و بنابراین برای مقادیر ظرفیت خازنی کمتر و اندازه های بزرگتر مناسب تر هستند.
     
انواع فیلم و فویل خازن‌ها از نوارهای نازک بلندی از فویل فلزی نازک با مواد دی الکتریک در کنار هم ساخته می‌شوند که در یک رول محکم پیچیده شده و سپس در کاغذ یا لوله‌های فلزی مهر و موم می‌شوند. این نوع فیلم ها به یک فیلم دی الکتریک بسیار ضخیم تری نیاز دارند تا خطر پارگی یا سوراخ شدن فیلم را کاهش دهند و بنابراین برای مقادیر ظرفیت خازنی کمتر و اندازه های بزرگتر مناسب تر هستند.
خازن های فویل فلزی دارای فیلم رسانای فلزی هستند که مستقیماً روی هر طرف دی الکتریک پاشیده می شود که به خازن خاصیت خود ترمیم شوندگی می دهد و بنابراین می تواند از فیلم های دی الکتریک بسیار نازک تری استفاده کند. این اجازه می دهد تا مقادیر ظرفیت خازنی بالاتر و اندازه های کوچکتر برای یک خازن معین وجود داشته باشد. خازن های فیلم و فویل معمولاً برای کاربردهای با توان بالاتر و دقیق تر استفاده می شوند.
 
خازن های سرامیکی
خازن های سرامیکی یا به طور کلی خازن های دیسکی ، از پوشاندن دو طرف یک دیسک چینی یا سرامیکی کوچک با نقره ساخته می شوند و سپس روی هم چیده می شوند تا یک خازن بسازند. برای مقادیر بسیار کم خازن از یک دیسک سرامیکی منفرد در حدود 3-6 میلی متر استفاده می شود. خازن های سرامیکی ثابت دی الکتریک بالایی دارند (High-K) و در دسترس هستند به طوری که می توان ظرفیت های نسبتاً بالایی را در اندازه فیزیکی کوچک به دست آورد. آنها تغییرات غیرخطی بزرگی را در خازن در برابر دما نشان می‌دهند و در نتیجه به عنوان خازن‌های جداکننده یا بای پس استفاده می‌شوند، زیرا آنها نیز دستگاه‌های غیر قطبی هستند. خازن های سرامیکی دارای مقادیری از چند پیکوفاراد تا یک یا دو میکروفاراد هستند، اما ولتاژ آنها معمولاً بسیار پایین است.
     
انواع سرامیکی خازن ها معمولاً دارای کد 3 رقمی هستند که روی بدنه آنها چاپ می شود تا مقدار ظرفیت خازن آنها بر حسب پیکو فاراد مشخص شود. به طور کلی دو رقم اول نشان دهنده مقدار خازن و رقم سوم نشان دهنده تعداد صفرهایی است که باید اضافه شوند. به عنوان مثال، یک خازن دیسک سرامیکی با علامت 103 صفر و 10 را در پیکو فاراد نشان می دهد که معادل 10000 pF یا 10nF است. به همین ترتیب، ارقام 104 صفرهای 10 و 4 را در پیکو فاراد نشان می دهد که معادل 100000 pF یا 100nF و غیره است. سپس بر روی تصویر خازن سرامیکی بالای اعداد 154 عدد 15 و 4 صفر را در پیکو فاراد نشان می دهد که معادل 150000 pF یا 150nF است. گاهی اوقات از کدهای حروف برای نشان دادن مقدار تحمل آنها استفاده می شود مانند: J = 5٪، K = 10٪ یا M = 20٪ و غیره.
 
خازن های الکترولیتی
خازن های الکترولیتی عموماً زمانی استفاده می شوند که مقادیر خازنی بسیار زیاد مورد نیاز باشد. در اینجا به جای استفاده از یک لایه لایه فلزی بسیار نازک برای یکی از الکترودها، از محلول الکترولیت نیمه مایع به شکل ژله یا خمیر استفاده می شود که به عنوان الکترود دوم (معمولا کاتد) عمل می کند. دی الکتریک یک لایه بسیار نازک از اکسید است که به صورت الکتروشیمیایی در تولید رشد می کند و ضخامت فیلم کمتر از ده میکرون است. این لایه عایق به قدری نازک است که می توان خازن هایی با ظرفیت خازنی زیاد برای اندازه فیزیکی کوچک ساخت زیرا فاصله بین صفحات d بسیار کم است.
     
اکثر انواع خازن های الکترولیتی پلاریزه هستند ، یعنی ولتاژ DC اعمال شده به پایانه های خازن باید از قطبیت صحیح برخوردار باشد، یعنی مثبت به ترمینال مثبت و منفی به ترمینال منفی، زیرا قطبش نادرست لایه اکسید عایق را از بین می برد. و ممکن است آسیب دائمی ایجاد شود. تمام خازن های الکترولیتی پلاریزه دارای قطبیت آنها به وضوح با علامت منفی برای نشان دادن ترمینال منفی مشخص شده است و این قطبیت باید رعایت شود.
خازن های الکترولیتی به دلیل ظرفیت های بزرگ و اندازه کوچکشان به طور کلی در مدارهای منبع تغذیه DC برای کمک به کاهش ولتاژ ریپل یا برای کاربردهای کوپلینگ و جداسازی استفاده می شوند. یکی از معایب اصلی خازن های الکترولیتی، ولتاژ نسبتا پایین آنها است و به دلیل قطبی شدن خازن های الکترولیتی، بنابراین نباید از آنها در منابع AC استفاده شود. الکترولیتیک ها به طور کلی به دو شکل اصلی می آیند. خازن های الکترولیتی آلومینیومی و خازن های الکترولیتی تانتالیومی .
 
خازن الکترولیتی
 

 
1 . خازن های الکترولیتی آلومینیومی
اساسا دو نوع خازن الکترولیتی آلومینیومی وجود دارد ، نوع فویل ساده و نوع فویل اچ شده. ضخامت فیلم اکسید آلومینیوم و ولتاژ شکست بالا به این خازن ها ظرفیت خازنی بسیار بالایی نسبت به اندازه آنها می دهد. صفحات فویل خازن با جریان DC آنودایز می شوند. این فرآیند آنودایز کردن قطبیت مواد صفحه را تنظیم می کند و تعیین می کند که کدام طرف صفحه مثبت و کدام طرف منفی است. نوع فویل اچ شده با نوع فویل ساده تفاوت دارد زیرا اکسید آلومینیوم روی فویل های آند و کاتد به منظور افزایش سطح و گذردهی آن به صورت شیمیایی اچ شده است. این یک خازن با اندازه کوچکتر از نوع فویل ساده با ارزش معادل می دهد، اما این عیب را دارد که نمی تواند جریان های DC بالا را در مقایسه با نوع ساده تحمل کند. همچنین محدوده تحمل آنها تا 20 درصد بسیار زیاد است. مقادیر معمولی ظرفیت خازن برای یک خازن الکترولیتی آلومینیومی از 1uF تا 47000uF متغیر است.
فویل های الکترولیتی اچ شده به بهترین وجه در مدارهای کوپلینگ، مسدود کننده DC و مدارهای بای پس استفاده می شوند، در حالی که انواع فویل های ساده به عنوان خازن های صاف کننده در منابع تغذیه مناسب تر هستند. اما الکترولیت‌های آلومینیومی دستگاه‌های "قطبی" هستند، بنابراین معکوس کردن ولتاژ اعمال شده روی سیم‌ها باعث می‌شود لایه عایق داخل خازن همراه با خازن از بین برود. با این حال، الکترولیت استفاده شده در خازن به ترمیم صفحه آسیب دیده در صورتی که آسیب کوچک باشد کمک می کند. از آنجایی که الکترولیت دارای خواص خود ترمیم یک صفحه آسیب دیده است، همچنین توانایی آنودایز مجدد صفحه فویل را دارد. از آنجایی که فرآیند آنودایز کردن می تواند معکوس شود، الکترولیت این توانایی را دارد که پوشش اکسیدی را از روی فویل جدا کند، همانطور که اگر خازن با قطبیت معکوس متصل شود، اتفاق می افتد. از آنجایی که الکترولیت توانایی رسانایی الکتریسیته را دارد، اگر لایه اکسید آلومینیوم برداشته یا از بین برود، خازن اجازه عبور جریان از یک صفحه به صفحه دیگر را می دهد و خازن را از بین می برد، "پس مراقب باشید".
 
2. خازن های الکترولیتی تانتالیوم
خازن‌های الکترولیتی تانتالیوم و دانه‌های تانتالیوم در هر دو نوع الکترولیتی مرطوب (فویل) و خشک (جامد) با تانتالیوم خشک یا جامد رایج‌ترین آنها هستند. خازن های تانتالیوم جامد از دی اکسید منگنز به عنوان پایانه دوم خود استفاده می کنند و از نظر فیزیکی کوچکتر از خازن های آلومینیومی معادل هستند. خواص دی الکتریک اکسید تانتالیوم نیز بسیار بهتر از اکسید آلومینیوم است که جریان های نشتی کمتر و پایداری خازنی بهتری را ایجاد می کند که آنها را برای استفاده در برنامه های مسدود کردن، دور زدن، جداسازی، فیلتر کردن و زمان بندی مناسب می کند.
همچنین خازن‌های تانتالیومی اگرچه قطبی هستند، می‌توانند اتصال به ولتاژ معکوس را بسیار راحت‌تر از انواع آلومینیومی تحمل کنند، اما در ولتاژهای کاری بسیار پایین‌تر رتبه‌بندی می‌شوند. خازن های تانتالیوم جامد معمولاً در مدارهایی استفاده می شوند که ولتاژ AC در مقایسه با ولتاژ DC کوچک است. با این حال، برخی از انواع خازن‌های تانتالیومی حاوی دو خازن در یک هستند که به صورت منفی به منفی متصل می‌شوند تا یک خازن "غیر قطبی" را برای استفاده در مدارهای AC ولتاژ پایین به عنوان یک دستگاه غیر قطبی تشکیل دهند. به طور کلی، سرب مثبت روی بدنه خازن با علامت قطبیت مشخص می شود، با بدنه خازن مهره تانتالیومی شکل هندسی بیضی شکل. مقادیر معمولی ظرفیت خازنی از 47nF تا 470uF است.
 
خازن الکترولیتی آلومینیوم و تانتالیوم
 

الکترولیتیک ها به دلیل هزینه کم و اندازه کوچکشان خازن های پرکاربردی هستند اما سه راه آسان برای از بین بردن خازن های الکترولیتی وجود دارد:
ولتاژ بیش از حد - ولتاژ بیش از حد باعث نشت جریان از دی الکتریک و در نتیجه شرایط اتصال کوتاه می شود.
قطبیت معکوس - ولتاژ معکوس باعث خود تخریبی لایه اکسید و خرابی می شود.
بیش از حد دما - گرمای بیش از حد، الکترولیت را خشک می کند و عمر خازن الکترولیتی را کوتاه می کند.