خازن چیست؟ کاربرد، تارخچه و انواع آن

خازن چیست و چه کاربردی در الکترونیک دارد؟

چکیده:

خازن‌ها اجزاء الکترونیکی مهمی هستند که در مدارهای مختلف به کار می‌رود. این مقاله به بررسی نقش خازن‌ها در مدارها، انواع مختلف این اجزاء، کاربردها و نحوه عملکرد آن‌ها می‌پردازد.

مقدمه:

خازن‌ها اجزاء الکترونیکی پرکاربردی هستند که در انواع مختلف مدارها از قبیل مدارهای تغذیه، فیلترینگ و انتقال سیگنال به کار می‌رود. خازن‌ها قادر به ذخیره و انتقال انرژی الکتریکی به صورت بار الکتریکی هستند و طبق قانون کولن به رابطه زیر کار می‌کنند:

“`
C = Q / V
“`
که در آن `C` ظرفیت خازن، `Q` بار الکتریکی و `V` ولتاژ اعمالی است

انواع خازن‌ ها

خازن‌ ها بر اساس مواد دی‌الکتریکی و ساختار خود به انواع مختلفی تقسیم می‌شود. برخی از انواع رایج خازن‌ها عبارتند از:

1. خازن‌های سرامیکی: از مواد دی‌الکتریکی سرامیکی استفاده می‌کنند و عمدتاً در مدارهای فرکانس بالا به کار می‌رود.
2. خازن‌های الکترولیتی: از الکترودهای فلزی و الکترولیت به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند و در مدارهای DC با جریان‌های بزرگ مورد استفاده قرار می‌گیرند.
3. خازن‌های فیلم: از فیلم‌های پلیمری به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند و در مدارهای فرکانس پایین و AC به کار می‌رود.

کاربرد ها

خازن‌ ها در مدارهای الکترونیکی به انواع کاربردهایی دارند از جمله:

1. فیلترینگ: خازن‌ها می‌توانند نویز‌هایی که در مدارهای تغذیه وجود دارد را کاهش دهند.
2. کوپلینگ و دی‌کوپلینگ: خازن‌ها می‌توانند برای انتقال سیگنال‌های AC بین مدارهای مختلف وجدا کردن سیگنال‌های AC و DC استفاده شوند.
3. تاخیر زمانی: خازن‌ها به همراه مقاومت‌ها می‌توانند در مدارهای RC (مقاومتی-خازنی) برای ایجاد تاخیرهای زمانی به کار رود.
4. تقویت سیگنال: خازن‌ها در مدارهای تقویت کننده‌های عملیاتی برای کنترل باند فرکانسی به کار می‌رود.
5. ذخیره‌سازی انرژی: خازن‌ها در برخی از کاربردها مانند فلاش دوربین‌ها و سیستم‌های برقرسانی اضطراری به عنوان ذخیره‌ساز انرژی استفاده می‌شوند.

نحوه عملکرد خازن‌ ها

وقتی ولتاژی به یک خازن اعمال می‌شود، الکترون‌ها از یکی از الکترودهای خازن جدا شده و به الکترود دیگر منتقل می‌شوند. این انتقال الکترون‌ها باعث ایجاد بار مثبت و منفی در الکترودهای خازن می‌شود. مواد دی‌الکتریکی بین الکترودها باعث می‌شود که الکترون‌ها به طور مستقیم از یک الکترود به دیگری منتقل نشوند و بنابراین بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود.

وقتی خازن به مداری وصل می‌شود که جریان الکتریکی از آن عبور کند، بار ذخیره‌شده در خازن تخلیه می‌شود و جریان الکتریکی از طریق مدار جریان می‌یابد. این فرآیند شارژ و تخلیه خازن می‌تواند به صورت تکراری انجام شود.

تاریخچه خازن:

خازن ها از قدیمی ترین ابزارهای برقی بشر بوده اند که انرژی الکتریکی را ذخیره می کنند. نخستین خازن ها در سده هجدهم میلادی ساخته شدند. این خازن ها از پارچه های آغشته به روغن روغنی تشکیل می شدند.

•  در سال ۱۷۴۷ میلادی، ولتا اولین باتری الکتریکی را ساخت که شامل خازن های متعدد بود و قادر به ذخیره انرژی قابل توجهی بود. این باتری برای برقراری جریان الکتریکی پایدار استفاده می شد.
• در سال ۱۷۴۵ میلادی کشیش هلندی ایوان کلاین، اولین خازن را با استفاده از صفحات شیشه ای ساخت. این نوع خازن ها بسیار موفق تر از نوع قبلی بودند.
• در سال ۱۸۶۰ میلادی، فیزیکدان فرانسوی گاستون پلانته، چند قطعه خازن را به هم متصل کرد تا خازنی با ظرفیت بالاتر بسازد. این اولین خازن های ترکیبی بود که انرژی بیشتری را ذخیره می کردند.
• در سال ۱۸۸۱ میلادی، هلمهولتز اولین خازن های کاغذ-روغن-کاغذ را ساخت که محبوب و کاربردی بودند.
• در سال ۱۹۰۹ میلادی، اولین خازن های سرامیکی که از باریم تیتانات ساخته شده بودند، معرفی شدند. این خازن ها بسیار کوچکتر از خازن های قبلی بودند و ظرفیت بالاتری داشتند.
• در دهه ۱۹۵۰ میلادی، خازن های الکترولیتی آلومینیوم تولید شدند که ظرفیت بسیار بالایی داشتند. این خازن ها در رایانه ها و دیگر تجهیزات الکترونیکی مورد استفاده قرار گرفتند.

امروزه خازن ها از موادی مانند سرامیک، پلیمر و الکترولیت های گوناگون ساخته می شوندو تحقیقات برای بهینه سازی خازن ها همچنان ادامه دارد و انواع جدیدی از خازن ها مانند گرافن و خازن های فلز-روی-اکسید معرفی شده اند که ظرفیت و کارایی بالاتری دارند.

همچنین بخوانید: معرفی ترانزیستور، کاربرد ها، انواع، تاریخچه جالب آن