خازن چگونه کار می کند؟

در این مقاله قصد داریم شما را با ساختار و نحوه عملکرد خازن آشنا نماییم.

خازن چیست؟

خازن یا کاپاسیتور (capacitor) که با حرف C نمایش میدهند وسیله‌ای است که نیرو الکتریکی را در خود ذخیره می‌کند و در زمان کاهش ولتاژ مدار این افت ولتاژ را پوشش می‌دهد تا در قطعات حساس دیگر مدار حس نشود.

خازن یک قطعه الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را در میدان الکتریکی ذخیره می‌کند. این قطعه شامل دو صفحه رسانا است که توسط یک ماده عایق با نام دی الکتریک از هم جدا شده است. هنگامی که ولتاژی بر روی صفحات اعمال می شود، خازن شارژ می شود و انرژی را در میدان الکتریکی بین صفحات ذخیره می کند. مقدار شارژ ذخیره شده توسط خازن متناسب با ولتاژ اعمال شده و ظرفیت خازن است که با توجه به اندازه فیزیکی و جدا شدن صفحات و نوع دی الکتریک مورد استفاده تعیین می شود.

خازن ها به طور گسترده در مدارهای الکترونیکی برای اهداف مختلفی مانند فیلتر کردن، زمان بندی، صاف کردن، تهویه انرژی و ذخیره انرژی استفاده می شوند.

ساختار و روش عملکرد خازن

یک خازن شامل دو صفحه‌ فلزی رو به روی هم است که بین آنها ماده‌ عایقی به نام دی الکتریک قرار گرفته؛ معموال صفحات خازن از جنس روی، آلومینیوم، نقره است و دی الکتریک آن از جنس کاغذ، میکا، پالستیک، سرامیک، اکسید آلومن یوم، اکسید تانتال یوم است.
خازن‌ها نسبت به دی الکتریک خود انواع مختلفی دارند اما روش کار همه آنها یکی است.
خازن بر خلاف مقاومت، انرژی را از بین نمی برند در عوض، یک خازن انرژی را به شکل میدان الکترواستات یک (بار های الکتریکی) بین صفحات خود ذخیره می‌کند.

پیشنهاد می کنیم تخفیف های خرید ابزار تعمیرات موبایل را از دست ندهید.

شکل و اندازه صفحات بسته به کاربرد و ظرفیت مورد نظر می تواند متفاوت باشد. برخی از خازن‌ها شکل استوانه‌ای دارند که صفحات فلزی در داخل آن پیچیده شده است، در حالی که برخی دیگر ممکن است مستطیلی یا دیسکی باشند.

دو صفحه یک خازن به سرنخ های خارجی متصل می شوند که به خازن اجازه می دهد تا به یک مدار الکترونیکی متصل شود. لیدها ممکن است مستقیماً به صفحات متصل شوند یا ممکن است به یک فویل فلزی در سطح بیرونی مواد دی الکتریک متصل شوند.

در حالت کلی، ساختار یک خازن نسبتاً ساده است، اما مواد و ساختار خاص می تواند بسته به خواص الکتریکی مورد نظر و استفاده مورد نظر متفاوت باشد.

انواع خازن از نظر پالریته

همانطور که پیش‌تر گفتم عملکرد خازن‌ها نسبت به دی الکتریک بین صفحات شان انواع مختلفی دارند. به طور کلی خازن ها را می‌تواند به دو گروه قطبی (polarized) و غیر قطبی (polarized-non) گروه بندی کرد.
خازن‌های قطبی دو پایانه مثبت و منفی دارند که پایان منفی باید به گراند(GND) و پایانه مثبت به VCC و مثبت مدار متصل شود.
برخلاف دی الکتریک خازن‌های قطبی که به پالریته حساس هستند، دی الکتریک خازن های غیر قطبی به جهت میدانی که در آن قرار می‌گیرند حساس نیستند و در واقع پالریته ندارند.
نکته مهم در مورد خازن‌های قطبی این است که نباید در خالف پالریته استفاده شوند زیرا در الکتریک آنها در خالف پالریته آس یب می بیند و موجب خرابی خازن می شود.
نماد شماتیکی خازن های قطبی و غیر قطبی در شکل سمت راست نشان داده شده است.
از خازن‌های قطبی می توان، الکترولیت و تانتالیو و از خازن های غیر قطبی می توان، خازن های سرامیکی و خازن‌های پلی استر و خازن‌های روغنی را نام برد.

قطعات الکترونیک نسبت به نوع اتصال آن‌ها بر روی برد به دو قسمت DIP (پایه های داخل برد می رود و از زیر لحیم می شود) و SMD (نصب سطحی است و روی برد نصب می‌شود) خازن‌های روی برد موبایل از نوع سرامیکی و تانتالیوم و الکترولیت است و SMD هستند.
خازن‌های الکترولیت اکثرا با بدنه مشکی و خطی سفید که نشان دهنده پایه منفی آن است و خازن‌های تانتالیوم با رنگ زرد و نوار نارنجی که نشان دهنده پایه مثبت آن است داخل بردهای موبایل دیده می‌شوند.

پیشنهاد می کنیم تخفیف های خرید منبع تغذیه تعمیرات موبایل را از دست ندهید.

ظرفیت خازن

ظرفیت خازن به بزرگی و فاصله‌ی بین صفحات آن و دی الکتریک بین آن بستگی دارد بدیهی است هر چه ظرفیت خازن بیشتر باشد اندازه آن نیز بزرگ تر است.

ظرفیت خازن، به توانایی آن در ذخیره بار الکتریکی اشاره دارد. ظرفیت خازن بر حسب فاراد (F) اندازه گیری می شود که به افتخار دانشمند انگلیسی مایکل فارادی، که اصول خازن ها را کشف کرد، نامگذاری شده است.

ظرفیت خازن توسط عوامل مختلفی از جمله اندازه و شکل صفحات، فاصله بین آنها و نوع ماده دی الکتریک مورد استفاده تعیین می‌شود. فرمول محاسبه ظرفیت خازن صفحه موازی به شکل زیر است:

C = εA/d

که در آن C ظرفیت بر حسب فاراد، ε گذردهی ماده دی الکتریک بین صفحات، A مساحت صفحات و d فاصله بین آنها است.

ظرفیت خازن بسته به کاربرد خاص و الزامات طراحی می تواند از پیکوفاراد (pF) تا فاراد (F) متغیر باشد. خازن های مورد استفاده در مدارهای الکترونیکی معمولاً دارای ظرفیت خازنی در محدوده میکروفاراد (μF) تا میلی فاراد (mF) هستند، در حالی که خازن های بزرگتر مورد استفاده در کاربردهای برق ممکن است دارای ظرفیت خازنی در محدوده فاراد (F) یا حتی کیلوفاراد (kF) باشند.

با افزایش و کاهش فاصله و بزرگی صفحه های دو خازن ظرفیت آن هم تغییر می‌کند.

خازن‌های سرامیک روی برد موبایل به رنگ‌های کرم، قهوه‌ای و طوسی یافت می‌شود.

کاربرد خازن در مدارات الکترونیکی موبایل

خازن در بردهای موبایل بیشتر از هر قطعه‌ای به چشم می‌خورد، سوال اصلی این است که کاربرد هر کدام از این خازن‌ها چیست؟
خازن در مدارهای مختلف نقش های متفاوتی را ایفا می کند، برای مثال در مدار فلش دوربین نقش ذخیره سازی و افزایده و در مدار انتن نقش تقویت کننده و فیلترینگ را بر عهده دارد.
یکی از ویژگی‌های خازن نویزگیری و حذف بخش Ac ولتاژ وردوی است؛ خازن بخش Ac مدار را از خود عبور می‌دهد و بخش DC ولتاژ را از هر گونه نویز پاک می کند، دلیل اصلی استفاده خازن در مدارات فیلترینگ RC همین قابلیت خازن است.

با عبور بخش AC ولتاژ از خازن و انتقال آن به زمین، بخش Dc ولتاژ بدون تغییر باقی می ماند.

در عملکرد خازن ها نسبت به ظرفیت های خود اقدام به عبور یک بازه ی فرکانیس مشخص از خود دلیل است که در مدارات مهم چندین خازن می کنند به همه موازی در کنار هم نقش نویزگیری و ایمن کردن مسیر نسبت به هارمونیک‌ها و فرکانس‌های مزاحم را به عهده دارند این مساله را نشان می دهند.
تصاویر زیر به خوبی این مساله را نشان می‌دهند.

پیشنهاد می کنیم تخفیف های خرید سشوار صنعتی موبایل را از دست ندهید.

PMIC یا همان circuits integrated management Power همان ایسی تغذیه اصلی گوشی است که
ولتاژ مورد نیاز هر قسمتی را از ولتاژ باتری تامین می کند و به آن بخش می رساند .

شاید دیده باشید که در مدار آنتن از خازن های سری استفاده شده باشد و دلیل این امر را ندانید.

این خازن ها در واقع نقش فیلترینگ را بر عهده دارند و یک بازه فرکانیس مخصوص را از خود عبور می دهند؛ در صورت خرابی حتما باید بامقدار دقیق خود جایگزین شود زیرا موجب ضعف شدید آنتن می‌شود.

خرابی خازن‌های برد موبایل

خازن ها در صورت خراب یا اتصال می شوند یا نشت جریان پیدا می کنند که هر دو انها موجب گرم شدن قطعه می شود اما گاهی وقت ها نشت جریان از خازن هیچ علامتی ندارد و در نتیجه عیب یابی سخت می شود.

خازن ها در صورت خرابی رنگ شان به سیاه مایل می شود و در اکثر مواقع ترک می خورد. خرابی خازن ها در گرمای خود قطعه و یا در جریان کشی قبل پاور یا بعد پاور خود را نشان می دهد.

تست و اندازگیری عملکرد خازن‌ها

برای اندازگیری دقیق خازن ها باید آن را از داخل برد خارج کنیم تا بتوانیم دقیق آن را اندازگیری کنیم. برای اندازگیری، مولتی متر را در حالت اندازگیری خازن قرار می دهیم و پراپ های مولتی متر را به دو سر خازن وصل می کنیم.

نمایشگر مولتی متر باید ظرفیت خازن را نمایش دهد، در صورت اختلاف زیاد و یا OL نمایش داد خازن خراب است (در صورت قطبی بدن خازن پراپ مثبت را به پایانه مثبت  خازن وصل و پراپ مشکی را به پایانه ی منفی وصل کنید)

برای تست سلامت خازن خارج از مدار می توانید از اهم متر استفاده کنید مقاومت دو پایه خازن باید از مرتبه ی مگا اهم یا OLباشد.

اما برای تست سالمت خازن روی برد کافیست مولتی متر  را در حالت بوق قرار دهیم و دوتا پراپ مولتی متر را به دو سر خازن وصل می‌کنیم در صورت سلامت نباید بوق ممتد بزند و به عبارت دیگر نباید دو سر خازن به هم وصل باشد.