خازن الکترولیتی


خازن الکترولیتی نوعی خازنی است که درون آن از مایع رسانای یونیزه شده استفاده شده است و در بین انواع خازن ها، میزان ذخیره برق بسیار بالایی را از خود نشان می دهد. در صوریتکه پایه های این خازنها جابجا بسته بشوند جریان زیادی از خود عبور می دهند و حالت انفجاری می گیرد. این خازنها دارای پلاریته خاصی هستند و دارای یک قطب منفی و یک قطب مثبت هستند و نیاز است هنگام نصبشان نسبت به جهت آنها دقت فراوانی داشت. بخاطر داشتن قطب مثبت و قطب منفی این خازن ها را نمی توان بصورت معکوس در مدار گذاشت. قطب مثبت این قطعه بایستی به ولتاژ مثبت متصل گردد و قطب منفی آن نیز به زمین با قطب منفی مدار متصل گردد. در مدارهایی DC خازنها اغلب برای تامین انرژی از دست رفته مدار یا صاف کردن ریپل های ریز جریان بکار می روند و از آنها برای تمیز کردن ولتاژ مدار استفاده می شود.

در صورتیکه نیاز به خرید خازن الکترولیتی دارید می توانید به فروشگاه آنلاین خازن کالا مراجعه کنید. یا با شماره 02172036 تماس بگیرید.

شکل 1 - 1

 

اما در مدارهای AC به دلیل اینکه این جهت جریان یا همان ولتاژ تغییر می کند، اغلب خازنها عملیات فیلترینگ قسمتی از امواج را انجام می دهد. به همین خاطر از خازن ها در مدارات AC یا سیگنالینگ به عنوان صافی های امواج یا فیلترهای امواج استفاده می شود. در مدارهای با ولتاژ ثابت خازن به عنوان یک سد عمل می کند و در مدارهای با ولتاژ متغییر خازن الکترولیتی به عنوان یک فیلتر عمل می کند.

اصول اولیه برای همه خازنها

تقریبا برای همه اهداف عملیاتی، اغلب خازنها از دو صفحه رسانا که توسط دو الکترود به مدار وصل می شوند تشکیل شده اند که مابین آنها از یک ماده دی الکتریک(نارسانا) بصورت یکنواخت استفاده شده است تشکل شده اند. ماده صفحات رسانا می توانند از هر ماده ای تولید شده باشند که رسانای الکتریکی باشند و ماده دی الکتریک مابین آنها بایستی از ماده غیرهادی الکتریسیته تشکل شده باشد.

در شکل زیر عکس مربوط به یک خازن موازی نشان داده شده است.

خازن الکترولیتی و نماد آن

همچنین در شکل زیر سمبل یا نماد مربوط به نمایش خازن در شماتیکهای مربوط به مدارات الکترونیکی نیز نشان داده شده است.

 

نماد خازن الکترولیتی

شکل  1 - 2

شکل 1.3 یک مدار ساده  را نمایش می دهد که شامل قطعاتی است که بطور معمول به آنها پسیو می گوییم،بعلاوه یک باطری را نمایش می دهد.  باطری جزء قطعات اکتیو می باشد چرا که می تواند به این مدرا انرژی تزریق کند. قطعات پسیو قطعاتی هستند که انرژی را ذخیره می کنند اما نمی تواند به مدار انرژی اضافه کنند. این قطعات اصلی که پسیو هم هستند شامل مقاومتها، خازن ها و القاگر می باشند.

مدار متشکل از خازن شکل 1-3

 

یک آنالوگی( همسان پنداری) متداول مقایسه جریان الکتریکی با جریان آب از یک مخزن مشابه شکل 1-4 است. خازن هنگام شارژ شدن انرژی را در خود ذخیره می کند. در اینجا منبع آب را می توان به عنوان خازن در نظر گرفت که هنگامیکه پمپ کار میکند شارژ(پر) می شود. میزان انرژی ذخیره شده در خازن را می توان همسان با میزان آب ذخیره شده در مخزن همسان سازی کرد. ارتفاع آبی که در تانک آب می توان نگه داشت را هم می توان با ولتاژ باطری ای که انرژی را به داخل خازن پمپ می کند را همسان سازی کرد. و میزان آب قابل ذخیره در مخزن را می توان به ظرفیت مخزن همسان سازی کرد.

آنالوگی خازنشکل 1-4

 

هنگامیکه شیر نمایش داده شده در عکس 1- 4 باز می شود، آب جریان پیدا می کند. شیر همانند یک سوییچ و یک مقاومت است. هنگامیکه شیر نیمه باز می شود، شیر مقداری اصطحکاک ایجاد می کند که باعث می شود آب با سرعت کمتری از مخزن خارج گردد. در اینجا شیر همانند یک مقاومت متغییر عمل می کند. هنگامیکه مقاومت بالا باشد، آب با سرعت کمتری عبور می کند و اگر مقاومت کمتر باشد آب با سرعت بیشتری حرکت میکند. و هنگامیکه آب عبور می کند، می توان جریان را بوسیله شیر مسدود کرد و آبی که در لوله ها در جریان است متوفق می شود. هنگامیکه شیر را به سرعت ببندیم، آبی که در جریان است بایستی سریعا متوقف بشود، در این حالت انرژی جنبشی ای که آب دارد هنوز تخلیه نشده است. در این حالت آب داخل لوله به بدنه ضربه هایی می زند که اصطلاحا به آن ضربه قوچ می گویند. آب متحرک ماننده یک القاگر در مدار الکترونیکی شکل 1.5 عمل می کند. باطری هماانند پمپ است، خازن همانند تانک آب، مقاومت و سوییچ همانند شیر کنترل و القا گر همانند آب متحرک درون لوله.

آنالوگی خازن الکترولیتیشکل 1-5

 

شکل 1-6 بیانگر اتفاقاتی است که داخل یک خازن رخ می دهد. هنگامیکه، توسط یک باطری شارژ می شود، یکی از صفحات خازن  شارژ مثبت و صفحه متقابل آن شارژ منفی می شود.

خازن الکترولیتی شارژ شده

شکل 1-6

 

در شکل زیر دیاگرام یک خازن را بزرگنمایی کرده ایم. شکل 1-7 نشان دهنده وجود بارهای الکتریکی برروی صفحات خازن و بارهای القا شده روی دی الکتریک آن می باشد. این بارهای القا شده، گذردهی خازن نامیده می شوند. هر ماده ای که برای دی الکتریک خازن استفاده شود، ضریب گذردهی مخصوص خود را دارد. مقدار ضریب دی الکتریک را با K نشان می دهند و برای خازنهای مختلف یک عدد ثابت است. ضریب دی الکتریک K در واقع نسبت ضریب دی الکتریک استفاده شده در خازن و ضریب دی الکتریک فضای خالی(وکیوم) است. در نتیجه مقادیر ظرفیت به ضریب گذردهی فضای خالی مرتبط هستند.

بارهای الکتریکی رو خازن الکترولیتیشکل 1-7

 

در فضای خالی(وکیوم) ضریب دی الکتریک 1 است، و مقادیر ضریب دی الکتریک مواد دیگر از 1 بیشتر است. هر چقدر K بزرگتر باشد، در صورت ثابت بودن مقادیر دیگر خازن، ظرفیت خازن نیز بیشتر است.

شکل 1.8  معادله خازن را بیان می کند. مقدار ثابت 8.85x10^-12 گذردهی وکیوم می باشد.

معادله خازن الکترولیتی

شکل 1-8

در این معادله، واحدهای اندازه گیری، به این شرح هستند: ظرفیت خازن(فاراد) - سطح به متر مربع و فاصله بین الکترودها به متر می باشد. K نیز یک ثابت است و دارای ابعاد نمی باشد.  ظرفیت 1 فاراد ظرفیت بسیار بالایی است. و اگر بخواهیم خازنی به ظرفیت 1 فاراد با فاصله بین سطوح 1 میلیمتر بسازیم، بایستی 113 میلیون مترمربع سطح مربوط به خازن داشته باشیم.

به همین خاطر است که یک خازن 1 فارادی ساخته نمی شود و اگر هم ساخته شود با دی الکتریک وکیوم یا فاصله 1 میلیمتری ساخته نمی شود. صنایع، خازنهای با دی الکتریک وکیوم درست نمی کنند و بازار نیز به استانداردهای آزمایشگاهی محدود است. اغلب خازنهای اقتصادی و تجاری از مواد دی الکتریک با ضریب دی الکتریک بالا استفاده می کنند.

جدود 1.9 نمایش دهنده موادی دی الکتریکی است که بطور معمول در تولید خازنهای تجاری مورد استفاده قرار می گیرند. در اینجا می توانید به اهمیت موضوع ضریب دی الکتریک پی ببرید.

 

ثابت دی الکتریک برخی از مواد در دمای 25 درجه سلسیوس
نام عایق مقدار ثابت دی الکتریک K
هوا یا خلاء 1.0
کاغذ 6.0 - 2.0
پلاستیک 6.0 - 2.1
روغن معدنی 2.3 - 2.1
روغن سیلیکون 2.8 -  2.7
کوارتز 4.4 - 3.8
شیشه 8.0 - 4.8
چینی 5.9 - 5.1
کاغذمیکا 8.7 - 5.4
اکسید آلومینیوم 8.4
اکسید تانتالیوم 26
سرامیک 400.000 - 12

جدول 1 - 9

برای درک بهتر رفتار خازنها هنگامیکه در مدار قرار میگیرند، استفاده از یک مدار RC می باشد. شکل 10 -1 یک مدار RC نامیده می شود. علت نامگذاری آن هم داشتن یک مقاومت و یک خازن در مدار است.

شکل 1- 10

در این مدار وقتی که مدار بسته است، جریان خازن را شارژ می کند. هنگامیکه خازن کاملا شارژ شد، مانند یک تانک آب کاملا پر شده و بسته شده عمل میکند و جریان به مرور قطع می گردد. در این حالت ولتاژ دو سر خازن برابر با ولتاژ دو سرباطری می شود. ولتاژ دو سر خازن با وصل شدن مدار از صفر به مقدار برابر با ولتاژ دو سر باطری می رسد. اگر مقاومت کم باشد، جریان براحتی برقرار شده و خازن را سریع شارژ می کند. اگر مقاومت خیلی بالا باشد، سرعت شارژ شدن خازن کم است و به مرور کاملا شارژ می شود.

رفتار ولتاژ - زمان با توجه به ظرفیت خازن متفاوت است. اگر ظرفیت خازن بالا باشد، برای پر شدن نیاز زیادی به انرژی دارد تا ظرفیت آنرا را تکمیل کند و زمان بیشتر برای جریان نیاز است تا خازن کاملا شارژ بشود. شکل 1-11 نمایانگر 3 مدار شارژ می باشد. نکته ای که قابل توجه است این است که در نهایت همگی آنها به یک نقطه ختم می شوند.

شکل 1 - 11

 

با تنظیم مقدار مقاومت و ظرفیت خازن در مدار، نمودارهای مختلفی بدست می آید. یکی از کاربردهای عمده این مدار استفاده از آن در مدار چراغهای خودرو می باشد که با گذشت زمان به مرور خاموش می شوند. ولتاژ دو سر خازن را می توان به عنوان یک سوییچ وقتی که به یک مقدار مشخص می رسد بکار برد. در صورتیکه بخواهیم می توانیم از این مدار هنگام دشارژ شدن خازن به عنوان یک سوییچ استفاده کنیم. شکل ذیل حالت تخلیه بار خازن را نمایش می دهد.

 

شکل 1- 12

وقتی در این مدار، سوییچ بسته می شود، ولتاژ دو سر مقاومت پدیدار می شود نه دو سر خازن. ولتاژ دو سر مقاومت به مرور کم شده و در دو سر خازن ایجاد می گردد. مدار زمانبندی یک مثال خوب برای استفاده از مدار DC می باشد. توجه داشته باشید وقتی خازن کاملا شارژ می شود، مدار مستقیم قطع می شود. همانطور که در شکل 1- 13 نمایش داده شده است، اگر مدار دیگری وجود داشته باشد تا خازن را تخلیه کند، جریان مجدد برقرار می شود. اگر سوییچ 1 باز باشد و سوییچ 2 بسته باشد، انرژی ذخیره شده در خازن داخل مقاومت جریان می یابد تا زمانیکه ولتاژ دو سر خازن صفر بشود. در این حالت خازن مانند باطری عمل می کند اما با روشی کاملا متفاوت با باطری.

شکل 1 - 13

خاصیت ذخیره سازی خازن تاثیر بسیار زیادی در استفاده از آن در مدارات فیلتر دارد. یک مدار مستقیم با داشتن منبع برق مستقیم می تواند مثال خوبی برای استفاده از خازن باشد. یک مدار پاور مستقیم خروجی ای تولید می کند که دارای نوسان است.

شکل 1 - 14

 

شکل 1 -15 حالتی را نمایش می دهد که ولتاژ کاملا صفر می شود. آنچه که در واقعیت لازم داریم داشته باشیم، داشتن یک ولتاژ ثابت نسبت به زمان است.

شکل 1 -15

برای رسید به یک خط صاف ولتاژی، می توانیم با استفاده از یک خازن و نصب آن در مدار بصورت شکل زیر کلیه نوسانات را حذف کنیم

شکل 1-16

وقتی ولتاژ صفر است، و خازن دشارژ، مدار را روشن میکنیم. همزمان با افزایش ولتاژ مقداری از جریان خازن را شارژ میکند و مقداری دیگر هم در مقاومت جریان می یابد. بعضی اوقات قبل از اینکه خازن کاملا شارژ بشود، ولتاژ منبع تغذیه کاهش می باشد. به محض اینکه ولتاژ منبع تغذیه کمتر از مقدار ولتاژ خازن بشود، خازن شروع به تخلیه شدن می کند و جریان از خازن تامین می شود تا ولتاژ دو سر مقاومت ثابت باقی بماند. اگر ظرفیت خازن به درستی انتخاب بشود، خازن در زمانی که دارد کاملا تخلیه نمی شود و وقتی ولتاژ منبع تغذیه به ولتاژ خازن برسد، خازن مجدد شارژ می شود. نتیجه این مدار بسیار ساده فیلتر این نیست که خازن یک جریان ثابت ولتاژ بتواند درست کند اما می تواند یک جریان موج دار مانند شکل 1 - 17 ایجاد کند .

 

شکل 1 -17

با اضافه کردن مقاومت سری و یک خازن دیگر ماننده شکل 1 -18  شرایط مدار کمی بهتر می شود.

شکل 1- 18

 

اگر بجای مقاومت از یک سلف یا القا گر استفاده کنیم، شرایط به مراتب بهتر از حالت قبل نیز خواهد شد. شکل 1 - 19 مداری را نشان میدهد که به آن سلف اضافه شده است.

شکل 1 - 19

 

خازن های در مدارات با جریانهای متناوب نیز مورد استفاده قرار میگیرند. ولتاژ در مدارهای متناوب از صفر شروع شده و به یک ماکزیمم می رسند و مجدد صفر می شوند. از صفر به یک مقدار ماکزیمم منفی میر سند و مجدد به صفر می رسند و این حلقه همچنان ادامه دارد.

شکل 1 - 20

 

 

 

عمر خازن الکترولیتی چقدر است؟

یکی از سوالات متداول در خصوص خازن های الکترولیتی، مدت زمان عمر این خازن ها می باشد. در ابتدا باید دانست که خازن الکترولیتی بخاطر داشتن مایع الکترولیت، دارای عمر محدودی می باشد. دلیل آن هم از بین رفتن خاصیت الکترولیتی این مایع یا تبخیر این مایع  به مرور زمان می باشد. این دست از اتفاقات باعث می شود خازن الکترولیت تغییر ظرفیت بدهد و دیگر نتواند نقش مناسب خود را در مدار ایفا کند. عمر مفید خازن، نیز به مواردی مانند نوع ساخت، سازنده، نوع الکترولیت مصرفی، کیفیت ساخت، کیفیت کاغذهای نارسانای خازن و نوع میکای استفاده شده در خازن و دیگر موارد بستگی دارد. ولی بصورت یه قانون کلی یا اصطلاحا thumbnail rule عمر مفید  خازن از زمان ساخت حدود 5 سال می باشد و بعد از این مدت بهتر است که نسبت به تعویض آن اقدام کرد.

نحوه تشخیص پایه های خازن الکترولیتی چگونه است؟

همانطور که از نام این خازن مشخص است، الکترولیتی است. بدان معنی که این خازنهای دارای قطب منفی و مثبت می باشد. در بیشتر اوقات جهت قطبهای خازنها توسط تولید کننده روی آن با جهت منفی نمایش داده شده است.

نویسنده :

تاریخ انتشار : 1400/10/1

آخرین تغییرات :1401/2/30


به این مقاله امتیاز بدهید :
تعداد امتیاز دهندگان   1   پایین ترین امتیاز   5.00   امتیاز متوسط   5.0   بالاترین امتیاز   5.00