کاربرد خازن چیست؟
کاربرد خازن در بخش های مختلف فیلتر، کاهش نویز، ذخیره سازی انرژی به طور انعطاف پذیر و توانایی های حسگر را در میان سایر کاربردها ارائه می دهد. خازنها برای انجام چندین عملیات طراحی شده اند، بر خلاف هموارسازی، جداسازی، دور زدن و … که در سایر تجهیزات دیده می شود. با این حال مدارهای الکتریکی مختلف ممکن است بر اساس نوع کاربرد خازن به نوع دیگری از خازن نیاز داشته باشند.
کاربرد خازن چیست؟
خازن یک دستگاه ذخیره سازی اولیه است که به طور گسترده برای ذخیره بارهای الکتریکی در میدان الکتریکی و رهاسازی آنها در هر زمانی که نیاز باشد، استفاده می شود. تقریباً هر وسیله الکترونیکی به خازن نیاز دارد، زیرا در مدارهای الکتریکی به اهداف مختلف و اساسی کمک می کند. همچنین خازن چشم اندازهای مختلف فیلتر، کاهش نویز، ذخیره سازی انرژی به طور انعطاف پذیر و توانایی های حسگر را در میان سایر کاربردها ارائه می دهد.
خازنها برای انجام چندین عملیات طراحی شده و توسعه یافته اند، بر خلاف هموارسازی، جداسازی، دور زدن و … که در سایر تجهیزات دیده می شود. با این حال مدارهای الکتریکی مختلف ممکن است بر اساس نوع کاربرد خازن ها به نوع دیگری از خازن نیاز داشته باشند.
انواع کاربرد خازن
در عصر امروز خازن ها به شکل های مختلف در مدارهای الکتریکی مورد استفاده قرار می گیرند. اگر چه تمام خازن ها نیازهای یکسانی را برآورده می کنند اما اشکال مختلف خازن برای تولید توابع مختلف مدار وجود دارد. مدارهای مختلف به خازن های متفاوتی با عملکرد خاص نیاز دارند و این نشان می دهد آنها دارای خواص دیگری مانند ظرفیت جریان الکتریکی، محدوده مقدار، کارایی ارزش، ثبات دما و چندین جنبه دیگر هستند.
انواع مختلفی از خازن ها در بازار موجود است که از ظرفیت متفاوتی تشکیل شده اند و حتی ممکن است محدوده ظرفیت و ارزش زیادی داشته باشند، این در حالی است که سایر خازن ها ممکن است ظرفیت کمتری داشته باشند. علاوه بر این سایر خازن ها ممکن است قابلیتهای قابل توجهی نیز داشته باشند، برخی دیگر دارای سطوح پایداری خوبی هستند و برخی دیگر با حالتهای ضریب و دمای سطحی استفاده می شوند. با انتخاب آن مناسب برای هر نوع کاربرد خازن، می توان مدار الکتریکی را به بهترین نحو راه اندازی کرد. موارد زیر کاربرد خازن در صنایع مختلف الکتریکی را نشان می دهد.
استفاده از خازن در ذخیره انرژی
اصلی ترین کاربرد خازن ذخیره انرژی الکتریکی هنگام اتصال به یک مدار الکتریکی است. حتی اگر آن را از مدار الکتریکی جدا کنید، می تواند انرژی ذخیره شده را مصرف کند و می تواند به عنوان یک باتری موقت کار کند. معمولاً از دیگر کاربرد خازن ها می توان به استفاده در دستگاه های برقی برای کنترل منبع تغذیه هنگام تعویض باتری اشاره کرد. بنابراین یکی از کاربردهای دیگر آن این است که از دست رفتن اطلاعات در حافظه فرار را متوقف می کند.
افزایش قدرت پالس و سلاح با خازن
خازن ها به طور خاص با عملکردهای کم القایی و ولتاژ بالا ساخته شده اند تا سطوح عظیم جریان الکتریکی را برای بسیاری از دستگاه های پالس برآورده کنند. این دستگاه ها ممکن است ابزارهای الکترومغناطیسی، ژنراتورها و به ویژه ژنراتورهای مارکس، لیزرهای پالسی و شتاب دهنده های ذرات را در خود جای دهند.
استفاده از خازن در تهویه مطبوع منبع تغذیه
یکی از کاربرد خازن ها تهویه مطبوع است که به طور گسترده ای در منابع تغذیه استفاده می شود تا نتیجه یکسو کننده کامل یا نیم موج را کاهش دهد. همچنین یکی دیگر از کاربرد خازن ها در شارژ دایره های پمپ است که ولتاژهای بیشتری ایجاد می کنند، بنابراین در ذخیره عناصر انرژی کمک می کنند. مدارهای تغذیه DC دستگاه های الکترونیکی اغلب به موازات خازن ها متصل می شوند، چرا که باعث ایجاد نوسانات جریان صاف برای مدارهای سیگنال یا کنترل می شوند.
به عنوان مثال کارهای صوتی الکتریکی چندین خازن را برای قطع برق قبل از ورود به مدار الکتریکی اجرا می کنند. کاربرد خازن ها به عنوان یک منبع محلی برای منبع تغذیه DC یا جریان مستقیم، باعث می شود AC یا جریان متناوب را از منبع تغذیه دور کنند. بنابراین یک خازن سفت کننده با مقاومت باتری موتور خودرو برخورد می کند که باعث می شود در تجهیزات صوتی خودرو نیز شاهد یکی دیگر از کاربرد خازن ها باشیم.
استفاده از خازن در اصلاح ضریب توان
مهمترین کاربرد خازن ها برای اصلاح ضریب توان در توزیع های مختلف منبع تغذیه الکتریکی است. معمولاً واحدهای این خازن ها به جای فاراد در واحد، VAr یا راکتیو ولت آمپر را به عنوان توان راکتیو محاسبه می کنند. هدف اصلی از این کار این است که از بارگذاری استقرایی وسایلی مانند موتورهای القایی یا الکتریکی و خطوط انتقال جلوگیری شود تا بار مقاوم به نظر برسد.
ممکن است متوجه مجموعه قابل توجهی از کاربرد خازن های نصب شده در مراکز بار مختلف مانند ساختمانها یا جوامع بزرگ شوید که نیاز به مصرف بالای برق دارند. در اتصالات انتقال ولتاژ بالا DC، خازن های اصلاح ضریب توان دارای سلف های تنظیم برای غلبه بر جریان های هارمونیک هستند که از قبل نصب شده اند. این سلف ها می توانند به سیستم قدرت AC اضافه شوند که در این صورت ممکن است به تجهیزات آسیب برساند.
کاربرد خازن های ایمنی
خازن ها برای ذخیره مقادیر عظیمی از انرژی طراحی شده و توسعه یافته اند که در صورت عدم کنترل یا استفاده صحیح از آنها می تواند خطرناک باشد. اگر خازن برای مدت زمان قابل توجهی از منبع تغذیه خارج شود، این سطح فوق العاده انرژی می تواند باعث ایجاد شوک های الکتریکی فاجعه بار و حتی نابودی تجهیزات شود.
بنابراین برای جلوگیری از این امر توصیه می شود قبل از کار با هر وسیله برقی، خازن ها را تخلیه کنید. اگر ولتاژ خازن قطبی تغییر کند، خازن های الکترولیتی در شرایط خاص به طور ناگهانی می ترکند. با این حال، کاربرد خازن ها در دستگاه های پرقدرت با ولتاژ بالا نیز ممکن است ناگهان با شکستن مواد دی الکتریک مواجه شود و در نتیجه فرار آنها بطور ناگهانی می ترکند.
کاربرد خازن نگهدارنده
کاربرد خازن نگهدارنده به گونه ای است که بار محصور شده توسط آن، معمولاً منبع تغذیه یک مدار الکتریکی را برای مدت کوتاهی فعال نگه می دارد. پیش از این از باتری های کوچک قابل شارژ برای بازگرداندن بارها استفاده شده بود. نقطه ضعف باتری ها این بود که آنها دارای پیامدهای حافظه و محدودیت های عمر بودند تا خازن ها بتوانند جایگزین مناسبی ارائه دهند.
امروزه ابر خازن ها سطوح خازنی عظیمی را در بر می گیرند، بنابراین به اندازه کافی قابل توجه است که اجازه دهیم بسیاری از مدارها در مواقعی که برق اصلی در دسترس نیست، همچنان برق دار باشند. آنها از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه هستند و سطح قابل توجهی از عملکرد را ارائه می دهند.
کاربرد خازن های اتصال و جداسازی RF
مفاهیم اتصال و جداسازی RF بر اساس همان قوانین اساسی مورد نیاز برای اتصال و جداسازی خازن های معمولی طراحی و توسعه یافته است. با این حال کاربرد خازن ها در RF به گونه ای است که باید عملکرد RF مناسب خود را به همراه داشته باشند. با این حال عملکرد ممکن است برای خازن هایی که در فرکانس های پایین کار می کنند، متفاوت باشد. معمولاً مردم ترجیح می دهند از خازن های الکترولیتی استفاده نکنند زیرا در صورت افزایش فرکانس عملکرد آنها معمولاً کاهش می یابد و اغلب برای دستگاه هایی که بیش از 100 کیلوهرتز کار می کنند، استفاده می شود.
عمده کاربرد خازن سرامیکی برای جلوگیری از افت عملکرد است زیرا عملکرد RF عالی را ارائه می دهند، به ویژه خازن های MLCC روی سطح که کاربرد خازن را به طور خاص نشان می دهند. دلیل دیگر اینکه خازن های سرامیکی بسیار محبوب هستند و بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، این است که آنها دارای فرکانس خود تشدید کننده فوق العاده ای هستند. به ویژه خازن های روی سطح که بسیار کوچک هستند و کانالی برای افزودن هر نوع سلفی ندارند.
کاربرد خازن صاف کننده
کاربرد خازن های صاف کننده به طور موثر معادل خازن های جدا کننده است اما مردم اغلب از این اصطلاح همراه با منبع تغذیه استفاده می کنند. هنگام دریافت سیگنال خط از ترانسفورماتور و یکسو کننده، شکل موج ورودی همیشه صاف نیست. بین صفر یا نقطه شروع تا ولتاژ اوج یا نقطه پایان، شکل موج متغیر است. اگر خازن به مدار الکتریکی متصل باشد، می تواند به عنوان ولتاژ DC کار کند. کاربرد خازن برای جلوگیری از سناریوی فوق و جدا کردن یا صاف کردن ولتاژ DC در جایگاه خود قرار می گیرد.
انواع اتصال خازن ها
خازن ها جزء مشترکی هستند که در بسیاری از کاربردها استفاده می شوند. نحوه استفاده از خازن ها در این کاربردها متفاوت است که بستگی به نحوه استفاده آنها در یک مدار دارد. آنها ممکن است به صورت سری یا موازی و به عنوان ذخیره انرژی یا تقویت کننده استفاده شوند. انواع آنها متناسب با کاربرد خازن ها متفاوت است که به ترتیب زیر می باشند:
خازن های سری
هنگامی که خازن ها به صورت سری به هم متصل می شوند، ظرفیت کل کمتر از مقدار کمترین ظرفیت اولیه است. بنابراین فرمول محاسبه ظرفیت کل سری به صورت زیر نشان داده شده است:
همچنین خازنهای سری دارای ویژگی بارهای برابر در همه نواحی اتصال هستند.
خازن های موازی
هنگامی که خازن ها به طور موازی به هم متصل می شوند، خازن کل مجموع خازن ها است که باعث می شود خازن کل بیش از هر خازن مجزایی عمل کند. فرمول محاسبه ظرفیت کل به شرح زیر است:
خازن های موازی دارای ویژگی ولتاژهای مشابه در سراسر مدار خود هستند.
کاربرد خازن های جداکننده و اتصال دهنده
از خازن های جدا کننده برای مخالفت با تغییرات سریع ولتاژ در مدار استفاده می شود. اگر ولتاژ ورودی به طور ناگهانی کاهش یا افزایش یابد، خازن انرژی را برای تثبیت مدار تأمین یا جذب می کند. خازن های جدا کننده را بای پس نیز می نامند زیرا از آنها برای فیلتر کردن نوسانات ولتاژ و عبور از جزء DC سیگنال و دور زدن منبع تغذیه در صورت نیاز استفاده می شود.
در حالی که خازن های جدا کننده به موازات مسیر سیگنال برای فیلتر کردن جزء AC متصل می شوند، از طرف دیگر نوع اتصال دهنده به صورت سری به مسیر سیگنال متصل می شوند و برای فیلتر کردن جزء DC در یک سیگنال استفاده می شوند. هر دو در کاربردهای آنالوگ و دیجیتال استفاده می شود. در مدارهای آنالوگ، خازن های اتصال در تقویت کننده ها بسیار مورد استفاده قرار می گیرند.
این کار باعث می شود سیگنال AC ورودی از تداخل با ولتاژ بایاس اعمال شده به پایه ترانزیستور جلوگیری کند. در مدارهای دیجیتال و به ویژه در سیستم های ارتباطی، از خازن های اتصال برای مسدود کردن سیگنال های DC در خطوط انتقال استفاده می شود. وجود سیگنال DC در خط انتقال به این معنی است که انرژی به صورت گرما هدر می رود.
