خازن (capacitor) پر کاربردترین اِلمان در مدارات الکترونیکی (مبانی الکترونیک)
پژوهشگر و نویسنده: ( افشین رشید )
نکته: به نوعی ، یک خازن کمی شبیه به باتری است. اگر چه آنها به روش های کاملاً متفاوتی کار می کنند ، خازن ها و باتری ها هر دو انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند.
ساختار خازن ها بسیار ساده تر از باتری است ، زیرا نمی تواند الکترون های جدیدی تولید کند، فقط آنها را ذخیره می کند. خازن قطعه الکترونیکی است که انرژی الکتریکی را در خود ذخیره می کند.این قطعه از دو صفحه فلزی تشکیل شده که در کنار یکدیگر به صورت موازی قرار گرفته اند.بین این دو صفحه فلزی یک صفحه عایق قرار می گیرد، که به آن دی الکتریک می گویند.خازن ها که در زبان انگلیسی با نام capacitor شناخته می شوند.در نقشه مدار های الکترونیکی به صورت یکی از سمبل های زیر نشان داده می شود.(بستگی به نوع آن دارد) این قطعه در مدار های الکترونیکی با حرف C نمایش داده می شود.
انواع مختلفی از خازن ها وجود دارد اما همه آن ها شامل حداقل دو هادی هستند که توسط یک عایق، از یکدیگر جدا شده اند. نام این هادی ها صفحات خازن است. صفحات خازن می‌توانند از جنس فلز یا الکترولیت باشند. عایق دی الکتریک نیز لایه ای عایق است که بین صفحات خازن قرار می گیرد و ظرفیت خازن را افزایش می دهد، و جنس آن می تواند از شیشه ، آب ، سرامیک ، پلاستیک، میکا ، کاغذ و … باشد.خازن ها کاربرد های وسیعی دارند. آنها به همراه مقاومت ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می شود. از خازن ها در مدارات به عنوان فیلتر هم استفاده می شود. زیرا خازن ها به راحتی سیگنال های متناوب را عبور می دهند ولی مانع عبور سیگنال های مستقیم می شوند.
شارژ و دِشارژ خازن (capacitor)
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 می شود الکترونها از قطب منفی منبع تغذیه به طرف صفحه ای از خازن که به آن قطب متصل است شروع به حرکت می کنند و در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه افزایش می یابد و همزمان همان تعداد الکترون از صفحه دیگر خازن به طرف قطب مثبت منبع تغذیه شروع به حرکت می کنند و در نتیجه تعداد الکترونهای آن صفحه کاهش می یابد و به این ترتیب در اثر حرکت الکترونها ، جریانی در مدار جاری می شود و گفته می شود خازن در حال شارژ شدن است . مقدار جریان مدار با ولتاژ دو سر خازن نسبت عکس دارد یعنی هر چه خازن بیشتر شارژ می شود ، جریان مدار کاهش بیشتری می یابد . این روند تا آنجا ادامه می یابد 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 می پذیرد . یعنی خازن به اندازه ولتاژ منبع تغذیه DC شارژ می شود . یعنی خازن به اندازه ولتاژ منبع تغذیه DC شارژ می شود .
در یک خازن شارژ شده یکی از صفحات خازن دارای بار منفی ( تراکم الکترون ) و صفحه دیگر دارای بار مثبت ( تراکم پروتون ) می شود و همانطور که می دانید بین بارهای ناهمنام نیروی جاذبه ای وجود دارد که این نیروی جاذبه سبب ایجاد یک میدان الکتریکی بین این بارها می شود و در نتیجه بین صفحات شارژ شده یک میدان الکتریکی ایجاد می گردد که به دلیل اینکه بارهای ساکن سبب ایجاد این میدان الکتریکی شده اند به آن میدان الکترواستاتیک گفته می شود . 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 دی الکتریک بین صفحات خازن مانع این امر می شود و به این ترتیب یک انرژی الکتریکی توسط میدان الکترواستاتیک در خازن ذخیره می شود . البته همواره تعداد کمی از الکترونها می توانند از دی الکتریک عبور کرده و خود را به بارهای مثبت صفحه مقابل برسانند و جریان خیلی ضعیفی را در دی الکتریک برقرار کنند که این جریان ، جریان نشتی خازن نامیده می شود و مقدار آن بستگی به نوع دی الکتریک دارد و اگر خازن شارژ شده ای از مدار جدا گردد ، در اثر همین جریان نشتی به مرور زمان دشارژ می شود.
نویسنده: دکتر (افشین رشید )