آموزش لحيم كاري

 

وسيله اي كه در لحيم كاري مورد استفاده واقع مي شود را هويه مي گويند . هويه در اثر عبور جريان الكتريسته از يك المنت حرارت توليد شده و اين حرارت به نوك هويه منتقل مي شود . در بازار دو نوع هويه بيشتر به چشم مي خورد .

يكي از ابزارهاي مهم در صنعت برق و الكترونيك لحيم كاري است .ماده اتصال دهنده ، كه آلياژي از فلز قلع و سرب است را لحيم مي نامند . در عمل لحيم كاري توسط يك وسيله گرما دهنده مثل هويه صورت مي پذيرد يعني بوسيله هويه ، محل اتصال دو فلز را گرم كرده تا به نقطه ذوب لحيم برسد و لحيم به محل اتصال اعمال شده و پس از سرد شدن ، دو قطعه به هم محكم مي شوند.
آشنايي به فن لحيم كاري براي متخصصين امور برقي و تكنسينهاي الكترونيكي بسيار حائز اهميت است لذا در اين جا نكات مهم را مورد بحث قرار مي گيرد .
لحيم :
همانگونه كه گفته شد لحيم آلياژي از قلع و سرب است كه بر حسب درصد آنها در آلياژ درنظر گرفته مي شود . چنانچه بر روي قرقره لحيم نگاه كنيد دو عدد بر روي آن نوشته شده است بطور مثال 60/40 اين به ان معنا است كه لحيم فوق داراي 60 درصد قلع و 40 درصد سرب مي باشد.
اصولا براي لحيم كاري در الكترونيك بايد از لحيمي استفاده شود كه در صد قلع آن 40 باشد . دليل آن اين است كه نقطه ذوب قلع كمتر است. بنابراين هرچه درصد قله بيشتر باشد لحيم در درجه كمتري ذوب مي شود . درجه حرارت چنانچه بالا باشد سبب معيوب شدن نيمه هاديها مثل ديود ، …. مي شود بخصوص آنكه باعث خرابي مدار چاپي نيز مي شود . درمجموع در كارهاي الكترونيكي از در صد قلع بيشتر استفاده نمائيد . بهترين نوع لحيم ، لحيم 63 درصد است كه در بازار به همين نام يافت مي شود .
هويه :
وسيله اي كه در لحيم كاري مورد استفاده واقع مي شود را هويه مي گويند . هويه در اثر عبور جريان الكتريسته از يك المنت حرارت توليد شده و اين حرارت به نوك هويه منتقل مي شود . در بازار دو نوع هويه بيشتر به چشم مي خورد .
هويه قلمي
هويه هفت تيري
اين دو چه تفاوتي با هم دارند ؟
اصولا هويه هفت تيري براي توان هاي بالا مورد استفاده است و براي لحيم كاري در برق و يا مدارهاي الكترونيكي لامپي بكار گرفته مي شود .
در هويه قلمي براي توانهاي كم بنابراين براي كارهاي الكترونيكي در مدارهاي جديد و مونتاژ مورد بهره برداري واقع مي شود . لذا براي كارهاي مختلف الكترونيكي از هويه قلمي با توان 16 الي 30 وات استفاده نمائيد .
روغن لحيم :
هرگاه دو قطعه را بخواهند بوسيله لحيم ، اتصال دهند بايستي كاملا تميز و از هرگونه چربي ، رنگ و اكسيد پاك گردند . بنابراين در زمان لحيم چون درجه حرارت بالا است سبب مي شود در سطح خود لايه اي اكسد بوجود آيد و پس از لحيم كاري ممكن است اين لايه اكسيد مانع از تماس الكتريكي بين آن دو شود . براي جلوگيري از اين كار از روغن لحيم استفاده مي كنند . اين روغن از ماده اي به نام كلوفون تشكيل شده و حل كننده اكسيد و هر مواد زائد است .
طرز كار با روغن لحيم :
قبل از لحيم كاري بايد محل اتصال به اين روغن آغشته شود و بعد عمل لحيم كاري صورت گيرد . با انجام اين كار روغن ، مواد زايد بر روي اتصال را در خود حل كرده و هنگامي كه هويه داغ به محل اتصال نزديك مي شود ، روغن را كنار زده و محل اتصال را از ماده هاي خارجي خالي مي نمايد . امروزه لحيمهاي در الكترونيك مورد استفاده مي گردد كه در داخل خود روغن لحيم دارند لذا نيازي به روغن لحيم جداگانه ندارند . اصطلاحا به اين نوع لحيم ، سيم لحيم با مغزي روغن مي گويند . بهر صورت در هنگام لحيم كاري بايستي از تميز بودن محل اتصال ، اطمينان حاصل شود .


عمل لحيم كاري :
ابتدا براي اينكه دو قطعه را بوسيله حليم ، اتصال داد بايد نوك هويه داغ را به محل اتصال تكيه داده تا قبل از عمل لحيم در دو فلز بقدر كافي گرم شوند. سيم لحيم را به محل اتصال نزديك نموده تا ذوب شود و اطراف اتصال را در بر گيرد . لحيم را برداشته و صبر مي كنيد تا لحيم كاملا در اطراف اتصال پخش شود و در نهايت هويه را از محل اتصال دور كنيد .

نكاتي كه بايستي مورد توجه قرار گيرد عبارتند از

   1.
   2. زمان اتصال نوك هويه به محل اتصال بايستي حدود 2 الي 3 ثانيه باشد چرا كه در صورت طولاني بودن اين زمان باعث خرابي قطعه مورد لحيم مي شود . همچنين حرارت زياد باعث خرابي مدارچاپي و بر امدن مس روي اين مدار مي شود .

   3. سيم لحيم را مستقيما به نوك هويه اتصال ندهيد بلكه در جهت مقابل آن به محل تماس دهيد.

   4. مشخصه يك لحيم خوب اين است كه سطحي براق ، يكنواخت و لحيم در اطراف اتصال بصورت يكنواخت پخش شده باشد .

اما اگر دو قطعه به اندازه كافي گرم نشده باشد و يا هويه را زود از محل اتصال دور نمود ، لحيم در محل اتصال بطور يكنواخت پخش نشده لذا با آن اتصال سرد مي گويند .
بنظر مي رسد كه قلع به ميزان خوبي قرار دارد ليكن در زير آن هوا بوجود آمده و مانع اتصال شده است. لحيم سرد مي تواند علل ديگري داشته باشد مثل حركت دادن المان قبل از سرد شدن ، بيش از حد گرم شدن محل اتصال لذا باعث اكسيد شدن دو فلز شود و يا كثيف بودن سطح اتصال و حتي اگر هويه در محل اتصال تماس داده نشود نيز بوجود مي آيد .
اما بيشترين علت در گرم نبودن هويه براي اتصال در لحيم كاري باعث لحيم سرد مي شود . هماهنگونه كه قبلا نيز گفته يك لحيم كاري خوب داراي سطحي صاف ، براق و يك لحيم سرد داراي سطحي سخت ، ناصاف و كدر مي باشد .
بيشتر قطعات الكترونيكي مثل ديود ، آي سي ها و … در مقابل حرارت مقاوم نيستند و در صورت حرارت بيش از اندازه سبب خرابي مي شوند . لذا زمان اتصال آن براي لحيم كاري نبايستي بيش از 3 ثانيه باشد . بهتر است براي اين قطعات از رادياتور يا اصطلاحا هيت سيتك استفاده شود. ابزاري ديگر مثل پنس ، دم باريك ، گيره سوسماري و ... براي اينكار مناسب است.
بوسيله پنس المان را گرفته لذا حرارت پايه را به خود انتقال داده و از نفوذ حرارت به قطعه جلوگيري بعمل مي آورد . روش ديگر استفاده از اسپري خنك كننده است . مايعي كه در اين اسپري بكار رفته خيلي سريع تبخير شده و سبب خنكي المان مي شود. روش كار آن به اين صورت است كه قبل از لحيم و حتي در حين كار ، اين اسپري خنك كننده را به المان زده تا در زمان لحيم كاري موجب خرابي نگردد .ارائه نكاتي در مورد هويه :

   1.
   2. نوك خود هويه بعلت فلزي بودن زياد اكسيده مي شود لذا از بين مي رود . همچين پس از اكسيد شدن حرارت به طور كامل به نوك هويه منتقل نمي گردد . لذا باعث لحيم سرد مي شود. براي تميز نمودن ابتدا صبر كرده تا نوك هويه خنك سپس بوسيله يك برس نرم نوك را تميز نمائيد .

   3. براي اكسيد نشدن نوك هويه بهتر است قبل از لحيم كاري آن را قلع اندود نمائيد.

   4. در صورت استفاده نكردن از هويه از روسن گذاشتن آن خودداري نمائيد .

   5. در بعضي از هويه ها ، داراي ولوم تنظيم حرارت است لذا متناسب با نوع لحيم كاري آن ار تنظيم نمائيد.

   6. بعضي از هويه ها نيز داراي كليدي هستند كه در حالت عادي باعث گرم شدن هويه مي گردد و با فشردن كليد حرارت بيشتري براي لحيم كاري توليد مي كند .

   7. در موقع تميز نمودن نوك هويه دقت شود تا نوك آن به جلو و عقب كشيده نشود چرا كه باعث قطعي المنت داخل آن مي گردد .

   8. دقت شود كه در موقع لحيم كاري و زمان داغ بودن هويه ، نوك آن به سيم برق و يا
      … برخورد نكند .

امروزه هويه هايي با نوك هاي نسوز بكار گرفته مي شود كه باعث اسكيد نشدن نوك هويه مي شوند لذا بايستي توجه نمود در موقع تميز نمودن آن باعث آسيب به قسمت نسوز آن نشود . براي تميز نمودن آن ابتدا صبر كرده تا هويه سرد سپس با ابر خيس ان را تميز نمائيد.

 

انسان متمدن امروزی وابستگی عمیقی به برق دارد. به طوری که قطع طولانی وحتی کوتاه این منبع انرژی اختلالات بیشماری را در زندگی بشر به همراه خواهد داشت. در ظرف یک ساعت از قطع جریان برق، آدمی به ارزش آن پی برده وقدردان این نعمت بزرگ خواهد شد.

انسان متمدن امروزی وابستگی عمیقی به برق دارد.به طوری که قطع طولانی وحتی کوتاه این منبع انرژی اختلالات بیشماری را در زندگی بشر به همراه خواهد داشت.در ظرف یک ساعت از قطع جریان برق، آدمی به ارزش آن پی برده وقدردان این نعمت بزرگ خواهد شد.چند ساعت بعد ، کنترل خودرا از دست خواهد دادوکلافه وعصبی به این طرف و آن طرف قدم می زند.بعد از چند روز قطع برق وفقدان نور ،گرما یا سرما ،تلویزیون ودیگر لوازم برقی ،زندگی برایش غیر قابل تحمل خواهد شد.
نیاز انسان به برق خیلی گسترده تر از مثال هایی است که در بالا عنوان شد؛اگر شهری با قطع برق مواجه شودومنابع جایگزین کافی ومناسب برای رفع نیازهای اساسی شهروندان وجود نداشته باشد؛مردم آسیب های فراوان خواهند دید. شرکت ها و کارخانجات،خسارت های مالی سنگین متحمل خواهند شد ومیلیون ها دلار مواد غذایی فاسد خواهند شد .
بمب های الکترومغناطیسی یا بمب های الکترومغناطیسی به جای قطع برق یک منطقه تمامی ماشین هایی را که از الکتریسیته نیرو می گیرند را نابود می کنند یک بمب الکترو مغناطیسی سلاحی است که از وابستگی عمیق انسان به برق بهره می برد و بر همین اساس طراحی شده است.با به کارگیری یک نمونه از این بمب های الکترومغناطیسی در یک منطقه، ژنراتورها از کار خواهند افتاد، موتور اتومبیل ها دیگر روشن نخواهند شد و حتی امکان برقراری ارتباط تلفنی نیز وجود نخواهد داشت. به عبارت دیگریک بمب الکترومغناطیسی اساسی وپیشرفته ی بزرگ می تواند یک شهر را از نظر امکانات وتجهیزات زندگی، ۲۰۰سال به عقب برگرداند ارتش ایالات متحده از سال ها پیش ،ایده ی بمب های الکترو مغناطیسی را دنبال می کرده است وخیلی ها معتقدند هم اکنون چنین جنگ افزاری در زرادخانه ی این کشور موجود است. همچنین تروریست ها می توانند با ساخت بمب های الکترومغناطیسی ساده وبا تکنولوژی پایین، خطری برای کشورها به حساب آیند.
اساس کار بمب الکترومغناطیسی (ایی ام پی) یا به طور کامل تر(الکترومگنتیک پالس) یک سلاح با پالس الکترو مغناطیس که آن را می نامندتقریبا ساده است ،اینگونه بمبها جهت غلبه بر جریان برق ،توسط یک میدان الکترومغناطیسی قوی طراحی شده اند.همه میدانیم که یک میدان الکترومغناطیسی به خودی خود ،اثر خطرناکی ندارند .سیگنال های رادیویی که امواج اف ام،ای ام،تلویزیون ومکالمات موبایل را مخابره می کنند تماما الکترو مغنا طیسی هستند.
● بمب الکترومغناطیسی چگونه عمل می کند؟
E-Bomb به سال ۱۹۴۵ بر می گردد. فیزیکدانی به نام آرتور . اچ. کامپتون روی جریان خروجی الکترون‌های اتم مطالعه می کرد که امروز به اثر کامپتون معروف می باشد. بعدها اثر کمپتون در قالب تکان‌های الکترومغناطیسی به طراحی انواع سلاح های الکترومغناطیسی مختلف انجامید. برای شناخت E-Bomb باید ابتدا با یک تانک LC آشنا شویم:
تانک LC چیزی نیست جز یک مدار ساده نوسان ساز که از یک سلف یا سیم پیچ و یک خازن و یک باتری تشکیل شده است. در تانک LC یک فرکانس میرا تولید می گردد که اگر یک کلید قطع و وصل الکترونیکی به آن اضافه نماییم، بسته به قدرت فرکانس سازی یک فرکانس رادیویی کریر یا حامل خواهیم داشت. هر چند مدار الکترونیکی قابلیت تولید فرکانس در محدوده های مختلف را داراست، لیکن نیاز به یک مدار طبقه تقویت نیز دارد تا قدرت فرستندگی آن افزایش یابد.
لذا باید سر راه آن یک تقویت کننده ترانزیستوری قدرت نیزه بهره جست که باز بسته به توان خروجی ترانزیستور طبقه تقویت قدرت فرستنده افزایش می یابد. قدرت یک فرستنده بستگی به توان خروجی آن دارد. معمولا فرستنده های ۵ وات یا بالاتر از آن فرستنده های نیرومند به حساب می آیند، به نحوی که اگر انسان در کنار آنها قرار گیرد برای سلامتی وی مضر خواهد بود.
حال آنکه می توان با افزایش طبقات تقویت قدرت فرستندگی فیزیک امواج را بسیار بالا برد. اما این تنها بخش الکترومغناطیسی بمب الکتریکی می باشد، در حالیکه این بمب مثل هر بمب دیگری دارای واحد بخش انفجاری نیز می باشد. این قسمت یک بمب کاملا کلاسیک و عادی است.
در واقع بخش اصلی بمب الکترومغناطیسی یک لوله تو خالی رسانا است، که حکم هسته سیم پیچ بمب را نیز دارد و در داخل این هسته مواد منفجره و چاشنی الکتریکی قراردارد که درست در لحظه انفجار بمب مدار الکتریکی نیز بکار می افتد و میدان مغناطیسی حاصل از کارکرد مدار الکترونیکی در یک میدان انفجاری قرار گرفته و انفجار میدان الکترومغناطیسی رخ می دهد
همزمانی انفجار بمب و بکار افتادن مدار نوسان ساز بسیار مهم می باشد. زیرا آنچه موجب تقویت امواج الکترومغناطیسی باور نکردنی و ارسال فیزیک امواج الکترومغناطیسی در همه جهات می گردد وقوع انفجار در مرکز میدان مغناطیسی می باشد همچنین از دیگر نکات حائز اهمیت در E-Bomb جهت سیم پیچ است که با عنایت با قانون دست راست فلمینگ می توان جهت شار مغناطیسی را متناسب با شکل سیم پیچ ، تعیین نمود.
با توجه به اینکه اشعه گاما دارای تشعشع الکترومغناطیسی می‌باشد، آن فاقد بار و جرم سکون است. اشعه گاما موجب برهمکنشهای کولنی نمی‌گردد و لذا آنها برخلاف ذرات باردار بطور پیوسته انرژی از دست نمی‌دهند. معمولا اشعه گاما تنها یک یا چند برهمکنش اتفاقی با الکترونها یا هسته‌های اتم‌های ماده جذب کننده احساس می‌کند. در این برهمکنش‌ها اشعه گاما یا بطور کامل ناپدید می گردد یا انرژی آن بطور قابل ملاحظه‌ای تغییر می‌یابد. اشعه گاما دارای بردهای مجزا نیست، به جای آن ، شدت یک باری که اشعه گاما بطور پیوسته با عبور آن از میان ماده مطابق قانون نمایی جذب کاهش می‌یابد
طرح تولید جنگ افزارهای «ای ام پی» از مدت ها مطرح بوده استاز دهه ی ۱۹۶۰ تا ۱۹۸۰ میلادی ،نگرانی آمریکا حمله ی «ای ام پی» اتمی بود.این نگرانی به سال ۱۹۵۰ میلادی وتحقیقات بر روی بمب های اتمی باز می گردد. زمانی که انفجار اتمی آزمایش بر فراز اقیانوس آرام ،باعث قطع روشنایی خیابان های بخش هایی از هاوایی در صدها کیلومتر دورتر شد و اختلالاتی را در تجهیزات رادیویی پیرامون خود وتا شعاع بزرگی که حتی استرالیا را در بر می گرفت ؛ به وجود آورد.تحقیقات محققین در آن سالها نشان داد که فوتون هایی که توسط اشعه ی گاما به دست آمده از انجار اتمی شدید پراکنده شده بودند با تعداد بیشماری از الکترونهایی که از اکسیژن ونیتروژن در اتمسفر آزاد شده بودند برخورد کرده واین سیل بزرگ الکترونی فعل وانفعالاتی را نیز با میدان مغناطیسی زمین انجام داده وبدین وسیله جریان الکتریکی نوسان داری ایجاد نموده که باعث بوجود آمدن میدان مغناطیسی قدرتمندی شده بود.این پالس الکترو مغناطیسی ایجاد شده ،جریان الکتریکی قدرتمندی را در مواد رسانای موجود در دامنه ی وسیعی از انفجار صورت گرفته ،ایجاد کرده بود که باعث از کار افتادن برخی وسایل برقی شده بود.
در طول جنگ سرد ،بیشترین بیم ایالات متحده از شوروی سابق ،فرستادن موشک اتمی به ارتفاع ۵۰ کیلومتری از سطح شهرهای مهم آمریکا ومنفجر ساختن آن بود که باعث از کار افتادن تمامی تجهیزات برقی در اکثر نقاط این کشور می شدولی چنین حادثه ای هیچگاه رخ نداد
امکان استفاده ی برخی کشورها از چنین سلاحی ، هنوز هم وجود دارد ولی این گونه سلاحها جای خود را به جنگ افزارهای غیر اتمی چون بمب الکترومغناطیسی داده اند.البته این گونه از«ای ام پی» ها نمی توانند دامنه ی عملیاتی«ای ام پی»های اتمی را داشته باشند ولی جهت فلج کردن موضعی نیروهای دشمن(مثلا در یک عملیات و...)می توانند بسیار کارآمد باشند .به احتمال زیاد ،ایالات متحده از جنگ افزارهای «ای ام پی»در زرادخانه ی خود بهره مند است.ولی نوع این بمب ها برای هیچکس مشخص نیست.بر اساس برخی گزارشات ،اکثر تحقیقات این کشور بر سر ساخت مدل «اچ پی دبلیو اس»این بمب هاست.مدل «اچ پی دبلیو اس »یا به طور کامل تر« های پاور میکرو ویوز »گونه ی بسیار قدرتمندتر همان مایکروویوهای موجود در آشپزخانه هاست که می توانند پرتو متمرکزی از انرژی مایکروویو تولید نمایند.چنین جنگ افزاری احتمالا می تواند بر روی موشک های کروز قابل نصب باشد .البته مدلهای ساده تری از بمب های الکترومغناطیسی نیز در جهان وجود دارد که از آن جمله می توان «اف سی جی » را نام برد.این بمب از یک لوله ی حاوی مواد محترقه در داخل یک سیم پیچ مسی تشکیل یافته است لحظه ای قبل از انفجار ماد شیمیایی محترقه که از قسمت انتهای لوله به سمت جلو صورت می گیرد؛سیم پیچ مسی موجود در آن توسط تعداد کثیری از خازن ها انرژی گرفته ویک میدان الکترو مغناطیسی ایجاد می نماید.
کشور هند تحقیقات بسیار گسترده ای را در زمینه ی بمب های الکترومغناطیسی ساده وارزان «اف سی جی »به انجام رسانده که دلیل عمده ی آن،احتمال استفاد ه ی پاکستان از این گونه جنگ افزارها بر ضد این کشور است.ایالات متحده تمایل زیادی به استفاده از تکنولوژی بمب الکترومغناطیسی دارد.چون چنین جنگ افزارهایی مرگ آور نیستد ولی در عین حال بسیار مخرب و ویرانگرند .البته بمب های الکترومغناطیسی سطح پایین و کوچک تنها می توانند مختصرا باعث ایجاد پارازیت در سیستم های الکترونیکی شوند ویا نهایتا کارآیی آنها را پایین بیاورند ولی سیستم های قدرنمند می توانند اطلاعات مهم کامپیمتری را از بین برده وسیتم های بسیار بزرک نیز تجهیزات برقی و الکترونیکی را به آتش خواهند کشید.
یک بمب الکترومغناطیسی می تواند باعث خنثی کردن مهمترین نیازهای دشمن در صحنه ی نبرد باشد ؛چنین بمبی می تواند سیستمهای کنترل وسایل نقلیه ی مختلف را از کار انداخته ،سیستمهای هدف یابی موشک ها وبمب ها را از بین ببرد ؛وسایل ارتباطی را نابود سازد؛سیستمهای مختلف هدایت عملیات نیروهای دشمن را از کار انداخته وسنسورهای مختلف پیچیده را خنثی نماید .بمبهای الکترومغناطسیس بهترین گزینه برای حمله به پناه گاههای زیر زمینی دشمن هستند.زیرا چنین سنگرهایی به وسیله ی موشک ها وبمب های معمولی، قابل انهدام نیستند.یک پالس الکترومغناطیسی رها شده از - بمب الکترومغناطیسی می تواند از لایه های زمین عبور کرده وموجب قطع برق آن پناهگاهها شود؛سیتم های تهویه را از کار انداخته ،ارتباط با بیرون را قطع کند وحتی در پناه گاههای پیشرفته ،درهای الکتریکی را از کار بیندازد.در حالی که «ای ام پی»هاجنگ افزار های مرگ آور به حساب نمی ایندولی گاهی از اوقات می توانند یکی از عوامل کشته شدن افراد باشند.برای مثال اگر یک بمب «ای ام پی»،باعث قطع برق یک بیمارستان شود؛بیماران بسیاری در عرض چند ثانیه کشته خواهند شد .همچنین یک «ای ام پی»می تواند باعث اختلال در حرکت تمامی وسایل نقلیه از جمله هواپیماها شود ویک فاجعه ی انسانی از سقوط هواپیما به وقوع بپیوندد.در اخر باید گفت که دور از ذهن ترین اثر بمب الکترومغناطیسی را می توان اثرات روانی آن دانست.یک حمله ی«ای ام پی» بزرگ در کشوری بزرگ می تواند یک زندگی مدرن قرت بیست ویکمی را ۲۰۰ سال به عقب بازگرداند و آدمی را با زندگی جدیدی رو به رو سازد.تعداد بیشمار بازماندگان حمله ی «ای ام پی»،خود را اسیر دنیایی عجیب وغیر قابل باور خواهند دید؛دنیایی بدون امکان استفاده از نیروی برق، بهرحال ما نیز نباید از این قافله عقب بمانیم و باید در این عرصه وارد شویم.

محمد شهرتی فر

منبع : www.aftab.com

مقدمه ای بر سیستم های هیدرولیک و نیوماتیک

 

مروزه در بسياري از فرآيندهاي صنعتي ، انتقال قدرت آن هم به صورت کم هزينه و با دقت زياد مورد نظر است در همين راستا بکارگيري سيال تحت فشار در انتقال و کنترل قدرت در تمام شاخه هاي صنعت رو به گسترش است. استفاده از قدرت سيال به دو شاخه مهم هيدروليک و نيوماتيک ( که جديدتر است ) تقسيم ميشود .

از نيوماتيک در مواردي که نيروهاي نسبتا پايين (حدود يک تن) و سرعت هاي حرکتي بالا مورد نياز باشد (مانند سيستمهايي که در قسمتهاي محرک رباتها بکار مي روند) استفاده ميکنند در صورتيکه کاربردهاي سيستمهاي هيدروليک عمدتا در مواردي است که قدرتهاي بالا و سرعت هاي کنترل شده دقيق مورد نظر باشد(مانند جک هاي هيدروليک ، ترمز و فرمان هيدروليک و...).

حال اين سوال پيش ميايد که مزاياي يک سيستم هيدروليک يا نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي يا الکتريکي چيست؟در جواب مي توان به موارد زير اشاره کرد:

 

1.طراحي ساده 2.قابليت افزايش نيرو 3. سادگي و دقت کنترل

4. انعطاف پذيري 5. راندمان بالا 6.اطمينان

در سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک نسبت به ساير سيستمهاي مکانيکي قطعات محرک کمتري وجود دارد و ميتوان در هر نقطه به حرکتهاي خطي يا دوراني با قدرت بالا و کنترل مناسب دست يافت ، چون انتقال قدرت توسط جريان سيال پر فشار در خطوط انتقال (لوله ها و شيلنگ ها) صورت ميگيرد ولي در سيستمهاي مکانيکي ديگر براي انتقال قدرت از اجزايي مانند بادامک ، چرخ دنده ، گاردان ، اهرم ، کلاچ و... استفاده ميکنند.

در اين سيستمها ميتوان با اعمال نيروي کم به نيروي بالا و دقيق دست يافت همچنين ميتوان نيرو هاي بزرگ خروجي را با اعمال نيروي کمي (مانند بازو بسته کردن شيرها و ...) کنترل نمود.

استفاده از شيلنگ هاي انعطاف پذير ، سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک را به سيستمهاي انعطاف پذيري تبديل ميکند که در آنها از محدوديتهاي مکاني که براي نصب سيستمهاي ديگر به چشم مي خورد خبري نيست. سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک به خاطر اصطکاک کم و هزينه پايين از راندمان بالايي برخوردار هستند همچنين با استفاده از شيرهاي اطمينان و سوئيچهاي فشاري و حرارتي ميتوان سيستمي مقاوم در برابر بارهاي ناگهاني ، حرارت يا فشار بيش از حد ساخت که نشان از اطمينان بالاي اين سيستمها دارد.

اکنون که به مزاياي سيستم هاي هيدروليک و نيوماتيک پي برديم به توضيح ساده اي در مورد طرز کار اين سيستمها خواهيم پرداخت.

 

براي انتقال قدرت به يک سيال تحت فشار (تراکم پذير يا تراکم ناپذير) احتياج داريم که توسط پمپ هاي هيدروليک ميتوان نيروي مکانيکي را تبديل به قدرت سيال تحت فشار نمود. مرحله بعد انتقال نيرو به نقطه دلخواه است که اين وظيفه را لوله ها، شيلنگ ها و بست ها به عهده ميگيرند .

بعد از کنترل فشار و تعيين جهت جريان توسط شيرها سيال تحت فشار به سمت عملگرها (سيلندرها يا موتور هاي هيدروليک ) هدايت ميشوند تا قدرت سيال به نيروي مکانيکي مورد نياز(به صورت خطي يا دوراني ) تبديل شود.

اساس کار تمام سيستم هاي هيدروليکي و نيوماتيکي بر قانون پاسکال استوار است.

 

قانون پاسکال:

1. فشار سرتاسر سيال در حال سکون يکسان است .(با صرف نظر از وزن سيال)

2. در هر لحظه فشار استاتيکي در تمام جهات يکسان است.

3. فشار سيال در تماس با سطوح بصورت عمودي وارد ميگردد .

 

کار سيستمهاي نيوماتيک مشابه سيستم هاي هيدروليک است فقط در آن به جاي سيال تراکم ناپذير مانند روغن از سيال تراکم پذير مانند هوا استفاده مي کنند . در سيستمهاي نيوماتيک براي دست يافتن به يک سيال پرفشار ، هوا را توسط يک کمپرسور فشرده کرده تا به فشار دلخواه برسد سپس آنرا در يک مخزن ذخيره مي کنند، البته دماي هوا پس از فشرده شدن بشدت بالا ميرود که مي تواند به قطعات سيستم آسيب برساند لذا هواي فشرده قبل از هدايت به خطوط انتقال قدرت بايد خنک شود. به دليل وجود بخار آب در هواي فشرده و پديده ميعان در فرايند خنک سازي بايد از يک واحد بهينه سازي براي خشک کردن هواي پر فشار استفاده کرد.

اکنون بعد از آشنايي مختصر با طرز کار سيستمهاي هيدروليکي و نيوماتيکي به معرفي اجزاي يک سيستم هيدروليکي و نيوماتيکي مي پردازيم.

 

اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي هيدروليکي:

1- مخزن : جهت نگهداري سيال

2- پمپ : جهت به جريان انداختن سيال در سيستم که توسط الکترو موتور يا 3- موتور هاي احتراق داخلي به کار انداخته مي شوند.

4- شيرها : براي کنترل فشار ، جريان و جهت حرکت سيال

5- عملگرها : جهت تبديل انرژي سيال تحت فشار به نيروي مکانيکي مولد کار(سيلندرهاي هيدروليک براي ايجاد حرکت خطي و موتور هاي هيدروليک براي ايجاد حرکت دوراني).

 

اجزاي تشکيل دهنده سيستم هاي نيوماتيکي:

1- کمپرسور

2- خنک کننده و خشک کننده هواي تحت فشار

3- مخزن ذخيره هواي تحت فشار

4- شيرهاي کنترل

5- عملگرها

 

يک مقايسه کلي بين سيستمهاي هيدروليک و نيوماتيک:

 

1- در سيستمهاي نيوماتيک از سيال تراکم پذير مثل هوا و در سيستمهاي هيدروليک از سيال تراکم ناپذير مثل روغن استفاده مي کنند.

2- در سيستمهاي هيدروليک روغن علاوه بر انتقال قدرت وظيفه روغن کاري قطعات داخلي سيستم را نيز بر عهده دارد ولي در نيوماتيک علاوه بر روغن کاري قطعات، بايد رطوبت موجود در هوا را نيز از بين برد ولي در هر دو سيستم سيال بايد عاري از هر گونه گرد و غبار و نا خالصي باشد

3- فشار در سيستمهاي هيدروليکي بمراتب بيشتر از فشار در سيستمهاي نيوماتيکي مي باشد ، حتي در مواقع خاص به 1000 مگا پاسکال هم ميرسد ، در نتيجه قطعات سيستمهاي هيدروليکي بايد از مقاومت بيشتري برخوردار باشند.

4- در سرعت هاي پايين دقت محرک هاي نيوماتيکي بسيار نامطلوب است در صورتي که دقت محرک هاي هيدروليکي در هر سرعتي رضايت بخش است .

5- در سيستمهاي نيوماتيکي با سيال هوا نياز به لوله هاي بازگشتي و مخزن نگهداري هوا نمي باشد.

6- سيستمهاي نيوماتيک از بازده کمتري نسبت به سيستمهاي هيدروليکي برخوردارند.

http://sames.ir

ترانزیستور

 

ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی(BJTs) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs). اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بیین ورودی وترمینال مشترک رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می دهد،

معرفی

ترانزیستورهای جدید به دو دسته کلی تقسیم می شوند: ترانزیستورهای اتصال دوقطبی(BJTs) و ترانزیستورهای اثر میدانی (FETs). اعمال جریان در BJTها و ولتاژ در FETها بیین ورودی وترمینال مشترک رسانایی بین خروجی و ترمینال مشترک را افزایش می دهد، از اینرو سبب کنترل جریان بین آنها می شود. مشخصات ترانزیستورها به نوع آن بستگی دارد. مدل های ترانزیستور را ببینید. لغت "ترانزیستور" به نوع اتصال نقطه ای آن اشاره دارد، اما این نوع فقط در کاربردهای محدود تجاری دیده می شد که در اوایل دهه 1950 انواع کاربردی تر آن یعنی نوع اتصال دوقطبی جایگزین شدند. نماد شماتیک و خود لغت "ترانزیستور" که امروزه بطور گسترده ای برای آن بکار می روند، چیزهایی هستند که به این قطعات قدیمی اشاره دارد.[1] برای یک زمان کوتاه در اوایل دهه 1960، بعضی از سازنده ها و ناشران مجله های الکترونیک شروع به جایگزینی سمبل قدیمی با سمبل هایی را کردند که اختلاف ساختار ترانزیستور دوقطبی را به صورت دقیقتر نشان می داد، اما این ایده خیلی زود رها شد. در مدارات آنالوگ، ترانزیستورها در تقویت کننده ها استفاده می شوند، (تقویت کننده های جریان مستقیم، تقویت کننده های صدا، تقویت کننده های امواج رادیویی) و منابع تغذیه تنظیم شده خطی. همچنین از ترانزیستورها در مدارات دیجیتال بعنوان یک سوئیچ الکترونیکی استفاده می شوند، اما به ندرت به صورت یک قطعه جدا، بلکه به صورت بهم پیوسته در مدارات مجتمع یکپارچه بکار می روند. مدارات دیجیتال شامل گیت های منطقی، حافظه با دسترسی تصادفی (RAM)، میکروپروسسورها و پردازنده های سیگنال دیجیتال (DSPs) هستند.

اهمیت

ترانزیستور از سوی بسیاری بعنوان یکی از بزرگترین اختراعات در تاریخ نوین مطرح شده است، در رتبه بندی از لحاضظ اهمیت در کنار ماشین چاپ، خودرو و ارتباطات الکترونیکی و الکتریکی قرار دارد. ترانزیستور عنصر فعال کلیدی در الکترونیک مدرن است. اهمیت ترانزیستور در جامعه امروز متکی به قابلیت آن برای تولید انبوه که از یک فرآیند (ساخت) کاملاً اتماتیک که قیمت تمام شده هر ترانزیستور در آن بسیار ناچیز است استفاده می کند. اگرچه ملیون ها ترانزیستور هنوز تکی (به صورت جداگانه) استفاده می شوند ولی اکثریت آنها به صورت مدار مجتمع (اغلب به صورت مختصر IC و همچنین میکرو چیپ یا به صورت ساده چیپ نامیده می شوند) همراه با دیودها، مقاومت ها، خازن ها و دیگر قطعات الکترونیکی برای ساخت یک مدار کامل الکترونیک ساخته می شوند.یک گیت منطقی حاوی حدود بیست ترانزیستور است در مقابل یک ریزپردازنده پیشرفته سال 2006 که می تواند از بیش از 7/1 ملیون ترانزیستور استفاده کند (ماسفت ها)[1]. قیمت کم، انعطاف پذیری و اطمینان از ترانزیستور یک قطعه همه کاره برای وظایف غیرمکانیکی مثل محاسبه دیجیتال ساخته است. مدارات ترانزیستوری به خوبی جایگزین دستگاه های کنترل ادوات و ماشین ها شده اند. استفاده از یک میکروکنترلر استاندارد و نوشتن یک برنامه رایانه ای که عمل کنترل را انجام می دهد اغلب ارزان تر و موثرتر از طراحی معادل مکانیکی آن می باشد. بعلت قیمت کم ترانزیستورها و ازینرو رایانه ها گرایشی برای دیجیتال کردن اطلاعات وجود دارد. با رایانه های دیجیتالی که توانایی جستوجوی سریع، دسته بندی و پردازش اطلاعات دیجیتال را ارائه می کنند، تلاش بیشتری برای دیجیتال کردن اطلاعات شده است.در نتیجه امروزه داده رسانه های بیشتری به دیجیتال تبدیل می شوند، در پایان توسط رایانه تبدیل شده و به صورت آنالوگ در اختیار قرار می گیرد. تلوزیون، رادیو و روزتامه ها چیزهایی هستند که تحت تاثیر این انقلاب دیجیتال واقع شده اند.

مزایای ترانزیستورها بر لامپ های خلإ

قبل از گسترش ترانزیستورها، لامپ های خلإ (یا در UK لاپ های ترمیونیک یا فقط لامپ ها) قطعات فعال اصلی تجهیزات الکترونیک بودند. مزایای کلیدی که به ترانزیستورها اجازه جایگزینی با لامپ های خلإ سابق در بیشتر کاربردها را داد در زیر آمده است: اندازه کوچک تر (با وجود ادامه کوچک سازی لامپ های خلإ) تولید کاملاً اتوماتیک هزینه کمتر (در حجم تولید) امکان ولتاژ کاری پایین تر ( اما لامپ های خلإ در ولتاژهای بالاتر می توانند کار کنند) نداشتن دوره گرم شدن (بیشتر لامپ های خلإ به 10 تا 60 ثانیه زمان برای عملکرد صحیح نیاز دارند) تلفات توان کمتر (نداشتن توان گرمایی،ولتاژ اشباع خیلی پایین) قابلیت اطمینان بالاتر و سختی فیزیکی بیشتر( اگرچه لامپ های خلإ از نظر الکتریکی مقاوم ترند. همچنین لامپ خلإ در برابر پالس های الکترومغناطیسی هسته ای (NEMP) وتخلیه الکترو استاتیکی (ESD) مقاوم ترند عمر خیلی بیشتر (قطب منفی لامپ خلإ سرانجام ازبین می رود و خلإ آن می تواند آلوده بشود) فراهم آوردن دستگاه های مکمل (امکان ساختن مدارات مکمل متقارن: لامپ خلإ قطبی معادل نوع مثبت BJTها و نوع مثبت FETها در دسترس نیست) قابلیت کنترل جریان بالا (ترانزیستورهای قدرت بریای کنترل صدها آمپر در دسترسند، لامپ های خلإ برای کنترل حتی یک آمپر بسیار بزرگ و هزینه برند) میکروفونیک بسیار کمتر (لرزش می تواند با خصوصیات لامپ خلإ تلفیق شود، به هر حال این ممکن است در صدای تقویت کننده های گیتار شرکت کند) "طبیعت از لامپ خلإ متنفر بود" (Myron Glass John R. Pierce را ببینید)، آزمایشگاه های تلفن بل، در حدود 1948

تاریخچه

اولین سه حق ثبت اختراع ترانزیستور اثرمیدان در سال 1928 در آلمان توسط فیزک دانی به نامJulius Edgar Lilienfeld ثبت شد، اما او هیچ مقاله ای در باره قطعه اش چاپ نکرد و این سه ثبت اختراع از طرف صنعت نادیده گرفته شد. در سال 1934 فیزیکدان آلمانی دکتر Oskar Heil ترانزیستور اثر میدان دیگری را به ثبت رساند. هیچ مدرک مستقیمی وجود ندارد که این قطعه ساخته شده است، اما بعداً کارهایی در دهه 1990 نشان داد که یکی از طرح های Lilienfeld کار کرده و گین قابل توجه ای داده است. اوراق قانونی از آزمایشگاه های ثبت اختراع بل نشان می دهد که Shockley و Pearson یک نسخه قابل استفاده از اختراع Lilienfeld ساخته اند، در حالی که آنها هیچگاه این را در تحقیقات و مقالات خود ذکر نکردند. ترانزیستورهای دیگر، R. G. Arns در 16 دسامبر 1947 Wiliam Shockley, John Bardan و Walter Brattain موفق به ساخت اولین ترانزیستور اتصال نقطه ای در آزمایشگاه بل شدند. این کار با تلاش های زمان جنگ برای تولید دیودهای مخلوط کننده ژرمانیم خالص "کریستال" ادامه یافت، این دیودها در واحدهای رادار بعنوان عنصر میکسر فرکانس در گیرنده های میکروموج استفاده می شد. یک پروژه موازی دیودهای ژرمانیم در دانشگاه Purdue موفق شد کریستال های نیمه هادی ژرمانیم را با کیفیت خوب که در آزمایشگاه های بل استفاده می شد را تولید کند.[2] سرعت سوئیچ تکنولوژی لامپی اولیه برای این کار کافی نبود، همین تیم Bell را سوق داد تا از دیودهای حالت جامد به جای آن استفاده کنند. آنها با دانشی که در دست داشتند شروع به طراحی سه قطبی نیمه هادی کردند، اما دریافتند که کار ساده ای نیست. Bardeen سرانجام یک شاخه جدید فیزیک سطحی را برای محاسبه رفتار عجیبی که دیده بودند ایجاد کرد و سرانجام Brattain و Bardeen موفق به ساخت یک قطعه کاری شدند. آزمایشگاه های تلفن بل به یک اسم کلی برای اختراع جدید نیاز داشتند: "سه قطبی نیمه هادی"، "سه قطبی جامد"، "سه قطبی اجزاء سطحی"، "سه قطبی کریستال" و "لاتاتورن" که همه مطرح شده بودند، اما "ترانزیستور" که توسط John R. Pierce ابداع شده بود، برنده یک قرعه کشی داخلی شد. اساس وبنیاد این اسم در یاداشت فنی بعدی شرکت رای گیری شد: ترانزیستور، این یک ترکیب مختصر از کلمات "ترانسکانداکتانس" یا "انتقال" و "مقاومت متغیر" است. این قطعه منطقاً متعلق به خانواده مقاومت متغیر می باشد و یک امپدانس انتقال یا گین دارد بنابراین این اسم یک ترکیب توصیفی است. -آزمایشگاه های تلفن بل- یاداشت فنی(28 می 1948) Pierce این نام را قدری متفاوت تفسیر کرد: دلیلی که من این نام را انتخاب کردم این بود که من فکر کردم این قطعه چکار می کند، در آن زمان تصور می شد که این قطعه مثل دو لامپ خلإ است. لامپ های خلإ هدایت انتقالی دارند بنابراین ترانزیستور مقاومت انتقالی دارد. و این اسم می بایست متناسب با نام دیگر قطعات مثل وریستور، ترمیستور باشد. و من اسم ترانزیستور را پیشنهاد کردم. PBC Show مصاحبه با john R. Pierce بل فوراً ترانزیستور تک اتصالی را جزء تولیدات انحصاری شرکت Western Electric، شهر Allentown در ایالت Pennsylvania قرار داد. نخستین ترانزیستورهای گیرنده های رادیو AM در معرض نمایش قرار گرفتند، اما در واقع فقط در سطح آزمایشگاهی بودند.بهرحال در سال 1950 Shockley یک نوع کاملاً متفاوت ترانزیستور را ارائه داد که به ترانزیستور اتصال دوقطبی معروف شد. اگرچه اصول کاری این قطعه با ترانزیستور تک اتصالی کاملاً فرق می کند، قطعه ای است که امروزه به عنوان ترانزیستور شناخته می شود. پروانه تولید این قطعه نیز به تعدادی از شرکت های الکترونیک شامل Texas Instrument که تعداد محدودی رادیو ترانزیستوری بعنوان ابزار فروش تولید می کرد داده شد. ترانزیستورهای اولیه از نظر شیمیایی ناپایدار بودند و فقط برای کاربردهای فرکانس و توان پایین مناسب بودند، اما همینکه طراحی ترانزیستور توسعه یافت این مشکلات نیز کم کم رفع شدند. اگرچه اغلب نادرست به Sony نسبت داده می شود، ولی اولین رادیو ترانزیستوری تجاری Regency TR-1 بود که توسط Regency Division از I.D.E.A (گروه مهنسی توصعه صنعتی) شهر Indianapolis ایالت Indiana ساخته شده و در 18 اکتبر 1954 اعلام شد. آین رادیو در نوامبر 1954 به قیمت 95/49 دلار(معادل با 361 دلار در سال 2005) به فروش گذاشته شد و تعداد 150000 از آن به فروش رفت. این رادیو از 4 ترانزیستور استفاده می کرد وبا یک باتری 5/22 ولتی راه اندازی می شد. هنگامیکه Masaru Ibuka ، موسس شرکت ژاپنی سونی از آمریکا دیدن می کرد آزمایشگاه های بل ارائه مجوز ساخت شامل ریز دستوراتی مبنی بر چگونگی ساخت ترانزیستور را اعلام کرده بودند. Ibuka مجوز خرید 50000 دلاری پروانه تولید را از وزیر دارایی ژاپن گرفت و در سال 1955 رادیوی جیبی خود را تحت مارک سونی معرفی کرد. (کلمه جیبی اشاره دارد به مطلب بدنامی سونی وقتیکه فروشنده آنها پیراهن مخصوصی با جیب های بزرگ داشت). این محصول بزودی با طرح های بلند پروازانه ادامه پیدا کرد، اما آنها بعنوان آغاز رشد شرکت سونی از طرف عموم مورد توجه قرار می گرفتند تا سونی به یک قدرت تولیدی تبدیل شد. بعد از دو دهه ترانزیستورها بتدریج جای لامپ های خلإ را در بسیاری از کاربردها گرفتند و بعد ها امکان تولید دستگاه های جدیدی از قبیل مدارات مجتمع و رایانه های شخصی را فراهم آوردند. از Shockley, Bardeen و Brattian بخاطر تحقیقاتشان در مورد نیمه هادی ها وکشف اثر ترانزیستر با جایزه نوبل فیزیک قدردانی شد. Bardeen می رفت که دومین جایزه نوبل فیزیک را دریافت کند، یکی از دو نفری که بیش از یک جایزه از یک متد می گرفت. اولین ترانزیستور Gallium-Arsenide Schottky-gate توسط Carver Mead ساخته و در سال 1966 گزارش داده شد.

کاربرد

ترانزیستور دارای 3 ناحیه کاری میباشد.ناحیه قطع/ناحیه فعال(کاری یا خطی)/ناحیه اشباع ناحیه قطع حالتی است که ترانزیستور در ان ناحیه فعالیت خاصی انجام نمیدهد.اگر ولتاژ بیس را افزایش دهیم ترانزیستور از حالت قطع بیرون امده و به ناحیه فعال وارد میشود در حالت فعال ترانزیستور مثل یک عنصر تقریبا خطی عمل میکند اگر ولتاژ بیس را همچنان افزایش دهیم به ناحیه ای میرسیم که با افزایش جریان ورودی در بیس دیگر شاهد افزایش جریان بین کلکتور و امیتر نخواهیم بود به این حالت میگویند حالت اشباع و اگر جریان ورودی به بیس زیاد تر شود امکان سوختن ترانزیستور وجود دارد. ترانزیستور هم در مدارات الکترونیک آنالوگ و هم در مدارات الکترونیک دیجیتال کاربردهای بسیار وسیعی دارد. درمدارات آنالوگ ترانزیستور در حالت فعال کار میکند و می‌توان از آن به عنوان تقویت کننده یا تنظیم کننده ولتاژ (رگولاتور) و ... استفاده کرد. و در مدارات دیجیتال ترانزیستور در دو ناحیه قطع و اشباع فعالیت میکند که میتوان از این حالت ترانزیستور در پیاده سازی مدار منطقی، حافظه، سوئیچ کردن و ... استفاده کرد.به جرات می توان گفت که ترانزیستور قلب تپنده الکترونیک است.

عملکرد

ترانزیستور از دیدگاه مداری یک عنصر سه‌پایه می‌‌باشد که با اعمال یک سیگنال به یکی از پایه‌های آن میزان جریان عبور کننده از دو پایه دیگر آن را می‌توان تنظیم کرد. برای عملکرد صحیح ترانزیستور در مدار باید توسط المان‌های دیگر مانند مقاومت‌ها و ... جریان‌ها و ولتاژهای لازم را برای آن فراهم کرد و یا اصطلاحاً آن را بایاس کرد.

انواع

دو دسته مهم از ترانزیستورها BJT (ترانزیستور دوقطبی پیوندی) (Bypolar Junction Transistors) و FET (ترانزیستور اثر میدان) (Field Effect Transistors) هستند. ترانزیستورهای اثزمیدان یا FET‌ها نیز خود به دو دسته ی ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET) و MOSFET‌ها (Metal Oxide SemiConductor Field Effect Transistor) تقسیم می‌شوند.

ترانزیستور دوقطبی پیوندی

در ترانزیستور دو قطبی پیوندی با اعمال یک جریان به پایه بیس جریان عبوری از دو پایه کلکتور و امیتر کنترل می‌شود. ترانزیستورهای دوقطبی پیوندی در دونوع npn و pnp ساخته می‌شوند. بسته به حالت بایاس این ترانزیستورها ممکن است در ناحیه قطع، فعال و یا اشباع کار کنند. سرعت بالای این ترانزیستورها و بعضی قابلیت‌های دیگر باعث شده که هنوز هم از آنها در بعضی مدارات خاص استفاده شود. امروزه بجای استفاده از مقاومت وخازن و...در مدارات مجتمع تمامآازترانزیستوراستفاده می کنند

ترانزیستور اثر میدان پیوندی(JFET)

در ترانزیستورهای JFET(Junction Field Effect Transistors( در اثر میدان، با اعمال یک ولتاژ به پایه گیت میزان جریان عبوری از دو پایه سورس و درین کنترل می‌شود. ترانزیستور اثر میدانی بر دو قسم است: نوع n یا N-Type و نوع p یا P-Type. از دیدگاهی دیگر این ترانزیستورها در دو نوع افزایشی و تخلیه‌ای ساخته می‌شوند.نواحی کار این ترانزستورها شامل "فعال" و "اشباع" و "ترایود" است این ترانزیستورها تقریباً هیچ استفاده‌ای ندارند چون جریان دهی آنها محدود است و به سختی مجتمع می‌شوند.

انواع ترانزیستور پیوندی

pnp

شامل سه لایه نیم هادی که دو لایه کناری از نوع p و لایه میانی از نوع n است و مزیت اصلی آن در تشریح عملکرد ترانزیستور این است که جهت جاری شدن حفره‌ها با جهت جریان یکی است.

npn

شامل سه لایه نیم‌ هادی که دو لایه کناری از نوع n و لایه میانی از نوع p است. پس از درک ایده‌های اساسی برای قطعه ی pnp می‌توان به سادگی آنها را به ترانزیستور پرکاربردتر npn مربوط ساخت.

ساختمان ترانزیستور پیوندی ترانزیستور دارای دو پیوندگاه است. یکی بین امیتر و بیس و دیگری بین بیس و کلکتور. به همین دلیل ترانزیستور شبیه دو دیود است. دیود سمت چپ را دیود بیس _ امیتر یا صرفاً دیود امیتر و دیود سمت راست را دیود کلکتور _ بیس یا دیود کلکتور می‌نامیم. میزان ناخالصی ناحیه وسط به مراتب کمتر از دو ناحیه جانبی است. این کاهش ناخالصی باعث کم شدن هدایت و بالعکس باعث زیاد شدن مقاومت این ناحیه می‌گردد.

امیتر که به شدت آلائیده شده، نقش گسیل و یا تزریق الکترون به درون بیس را به عهده دارد. بیس بسیار نازک ساخته شده و آلایش آن ضعیف است و لذا بیشتر الکترونهای تزریق شده از امیتر را به کلکتور عبور می‌دهد. میزان آلایش کلکتور کمتر از میزان آلایش شدید امیتر و بیشتر از آلایش ضعیف بیس است و کلکتور الکترونها را از بیس جمع‌آوری می‌کند.

 

 

بازسازی اولین ترانزیستور جهان

طرز کار ترانزیستور پیوندی طرز کار ترانزیستور را با استفاده از نوع npn مورد بررسی قرار می‌دهیم. طرز کار pnp هم دقیقا مشابه npn خواهد بود، به شرط اینکه الکترونها و حفره‌ها با یکدیگر عوض شوند. در نوع npn به علت تغذیه مستقیم دیود امیتر ناحیه تهی کم عرض می‌شود، در نتیجه حاملهای اکثریت یعنی الکترونها از ماده n به ماده p هجوم می‌آورند. حال اگر دیود بیس _ کلکتور را به حالت معکوس تغذیه نمائیم، دیود کلکتور به علت بایاس معکوس عریض‌تر می‌شود.

الکترونهای جاری شده به ناحیه p در دو جهت جاری می‌شوند، بخشی از آنها از پیوندگاه کلکتور عبور کرده، به ناحیه کلکتور می‌رسند و تعدادی از آنها با حفره‌های بیس بازترکیب شده و به عنوان الکترونهای ظرفیت به سوی پایه خارجی بیس روانه می‌شوند، این مولفه بسیار کوچک است.

شیوه ی اتصال ترازیستورها

اتصال بیس مشترک در این اتصال پایه بیس بین هر دو بخش ورودی و خروجی مدار مشترک است. جهتهای انتخابی برای جریان شاخه‌ها جهت قراردادی جریان در همان جهت حفره‌ها می‌شود.

اتصال امیتر مشترک مدار امیتر مشترک بیشتر از سایر روشها در مدارهای الکترونیکی کاربرد دارد و مداری است که در آن امیتر بین بیس و کلکتور مشترک است. این مدار دارای امپدانس ورودی کم بوده، ولی امپدانس خروجی مدار بالا می‌باشد.

اتصال کلکتور مشترک اتصال کلکتور مشترک برای تطبیق امپدانس در مدار بکار می‌رود، زیرا برعکس حالت قبلی دارای امپدانس ورودی زیاد و امپدانس خروجی پائین است. اتصال کلکتور مشترک غالبا به همراه مقاومتی بین امیتر و زمین به نام مقاومت بار بسته می‌شود.

نویسنده :فرهاد وحدانی،با تحقیق از حمیدرضا مروج ذکر شده توسط HoPPiCo

ترانزیستور اثر میدان MOS

این ترانزیستورها نیز مانند Jfet‌ها عمل می‌کنند با این تفاوت که جریان ورودی گیت آنها صفر است. همچنین رابطه جریان با ولتاژ نیز متفاوت است. این ترانزیستورها دارای دو نوع PMOS و NMOS هستند که فناوری استفاده از دو نوع آن در یک مدار تکنولوژی CMOS نام دارد. این ترانزیستورها امروزه بسیار کاربرد دارند زیرا براحتی مجتمع می‌شوند و فضای کمتری اشغال می‌کنند. همچنین مصرف توان بسیار ناچیزی دارند.

به تکنولوژی‌هایی که از دو نوع ترانزیستورهای دوقطبی و Mosfet در آن واحد استفاده می‌کنند Bicmos می‌گویند.

البته نقطه کار این ترانزیستورها نسبت به دما حساس است وتغییر می‌کند. بنابراین بیشتر در سوئیچینگ بکار می‌‌روند AMB

ساختار و طرز کار ترانزیستور اثر میدانی - فت

ترانزیستور اثر میدانی ( فت ) - FET همانگونه که از نام این المام مشخص است، پایه کنترلی آن جریانی مصرف نمی کند و تنها با اعامل ولتاژ و ایجاد میدان درون نیمه هادی ، جریان عبوری از FET کنترل می شود. به همین دلیل ورودی این مدار هیچ کونه اثر بارگذاری بر روی طبقات تقویت قبلی نمی گذارد و امپدانس بسیار بالایی دارد.

فت دارای سه پایه با نهامهای درِین D - سورس S و گیت G است که پایه گیت ، جریان عبوری از درین به سورس را کنترل می نماید. فت ها دارای دو نوع N کانال و P کانال هستند. در فت نوع N کانال زمانی که گیت نسبت به سورس مثبت باشد جریان از درین به سورس عبور می کند . FET ها معمولاً بسیار حساس بوده و حتی با الکتریسیته ساکن بدن نیز تحریک می گردند. به همین دلیل نسبت به نویز بسیار حساس هستند.

نوع دیگر ترانزیستورهای اثر میدانی MOSFET ها هستند ( ترانزیستور اثر میدانی اکسید فلزی نیمه هادی - Metal-Oxide Semiconductor Field Efect Transistor ) یکی از اساسی ترین مزیت های ماسفت ها نویز کمتر آنها در مدار است.

فت ها در ساخت فرستنده باند اف ام رادیو نیز کاربرد فراوانی دارند. برای تست کردن فت کانال N با مالتی متر ، نخست پایه گیت را پیدا می کنیم. یعنی پایه ای که نسبت به دو پایه دیگر در یک جهت مقداری رسانایی دارد و در جهت دیگر مقاومت آن بی نهایت است. معمولاً مقاومت بین پایه درین و گیت از مقاومت پایه درین و سورس بیشتر است که از این طریق می توان پایه درین را از سورس تشخیص داد.

http://fa.wikipedia.org

خازن

 

خازن‌ عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند .

ظرفیت

ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد
 

بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F

n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF

p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:
الف – صفحات هادی ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک) ساختمان خازن هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است. انواع خازن الف- خازنهای ثابت • سرامیکی • خازنهای ورقه‌ای • خازنهای میکا • خازنهای الکترولیتی o آلومینیومی o تانتالیوم

ب- خازنهای متغیر • واریابل • تریمر انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازن سرامیکی 4. خازن متغییر
 

کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ: در مدارات دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کننده انرژی استفاده میکنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دشارژ میشود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن(جداساختن)دو منبع متناوب و مستقیم استفاده میشود خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل میکند و اجازه ورود یا خروج میدهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل میکند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمیدهد.
خازن کروی
خازن مسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود. ظرفیت خازن (C) نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.

C = kε0 A/d

C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخیره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
 

ε0 = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: 8.85 × 12-10 _ C2/N.m2

k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن 1

ماده گذردهی عایق ماده گذردهی عایق هوا 1.0006 میکا 6-8 کهربا 2.8 پارافین 2.3 سفال (برای مهندسی رادیو)تا 80 کوارتز 4.5 کائوچو 3 آب خالص 81 شیشه 4-7

A = سطح خازن بر حسب m2

d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m
 

چند نکته • آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد. • بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد. یعنی: q a v • ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. یعنی: C a 1/d • ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K )نسبت مستقیم دارد. یعنی: C a A و C a K شارژ یا پر کردن یک خازن وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) و صفحه دیگر بار (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلید همچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده است. دشارژ یا تخلیه یک خازن ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده است. اگر خازن کاملاً پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازن کاملاً تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.

 

تأثیر ماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوری شکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛ بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی درون خازن تخت در فضای بین صفحات خازن بار دار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد.

E=V/d

E: میدان الکتریکی

V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن

d: فاصله بین دو صفحه خازن
 

میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد. به هم بستن خازنها خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند: 1. موازی 2. متوالی (سری) بستن خازنها به روش موازی در بستن به روش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:

• اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است. • بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت موازی مولد V = V1 = V2 = V3

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

CV = C1V1 + C2V2 + C3V3

ظرفیت کل : C = C1 + C2 + C3

اندیسها مربوط به خازنهای 1 ؛ 2 و 3 می‌باشد. هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازنها.

بستن خازنها بصورت متوالی در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد بار دریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق متوالی:

• بارهای روی صفحات هر خازن یکی است. • اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت متوالی:

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

اختلاف پتانسیل کل V = V1 = V2 = V3

q/C = q1/C1 + q2/C2 + q3/C3

C-1 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

ظرفیت کل در حالت متوالی ، وارون ظرفیت معادل ، برابر است با مجموع وارون هریک از خازنها.
انرژی ذخیره شده در خازن پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید. کاربرد خازن با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.

این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.
خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: "فاصله صفحات" ، "سطح صفحات" و "نوع دی الکتریک". اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود "واریابل" نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن "تریمر" گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل 10 تا 400 پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.
خازنهای سرامیکی

خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 5 پیکو فاراد تا 1/0 میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای 100 مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازنهای کاغذی

دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها "پلی استر" گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 01/0 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.
خازنهای الکترولیتی

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند.

خازن آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود "آند" نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

 

ابعاد کوچکتر جریان نشتی کمتر عمر کارکرد طولانی از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی عبارتند از:

 

خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند. نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن ، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند. قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند. خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا 330 میکرو فاراد ساخته می شوند).

 کد رنگی خازن ها

در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می‌‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌‌دهند و رنگ چهارم تولرانس(درصد خطا) را نشان می‌‌دهد . برای مثال قهوه‌ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است. خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می‌شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت.

ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰ تا ۹ به صورت زیر است:

سیاه، قهوه ای، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید

خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازن‌های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار چنین است :

فرض کنیم بخواهیم خازن‌ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً 10 و 20 و 30 و. .. به همین ترتیب. در ابتدا خوب بنظر می‌‌رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می‌‌دهد ؟

مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و. .. که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مساله معقول بنظر نمی‌رسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن‌ها، می‌توان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود. مثلاً 7/4 - 47 - 470 و. .. و یا 2/2 - 220 - 2200 و.. .

 خازن‌های متغیر

در مدارات تیونینگ رادیویی از این خازن‌ها استفاده می‌شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می‌شود. ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود 100 تا 500 پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم، این عمل بکمک مقاومت انجام می‌شود .

 خازن‌های تریمر

خازن‌های تریمر خازن‌های متغییر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن‌ها از حدود 1 تا 100 پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌‌گیرند .

ويكي پديا

خازن

 

خازن‌ عبارتست از دو صفحهٔ موازی فلزی که در میان آن لایه‌ای از هوا یا عایق قرار دارد. خازن‌ها انرژی الکتریکی را نگهداری می‌کنند و به همراه مقاومت‌ها، در مدارات تایمینگ استفاده می‌شوند. همچنین از خازن‌ها برای صاف کردن سطح تغییرات ولتاژ مستقیم استفاده می‌شود. از خازن‌ها در مدارات به‌عنوان فیلتر هم استفاده می‌شود. زیرا خازن‌ها به راحتی سیگنالهای غیر مستقیم AC را عبور می‌‌دهند ولی مانع عبور سیگنالهای مستقیم DC می‌شوند .

ظرفیت

ظرفیت معیاری برای اندازه گیری توانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازن قادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراد است. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌‌باشد. باید گفت که ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و به مدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد
 

بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌تر نیز در خازنها مرسوم است. میکروفاراد µF، نانوفاراد nF و پیکوفاراد pF واحدهای کوچک‌تر فاراد هستند.

µ means 10-6 (millionth), so 1000000µF = 1F

n means 10-9 (thousand-millionth), so 1000nF = 1µF

p means 10-12 (million-millionth), so 1000pF = 1nF

خازن المان الکتریکی است که می‌تواند انرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیره کند. انواع خازن در مدارهای الکتریکی بکار می‌روند. خازن را با حرف C که ابتدای کلمه capacitor است نمایش می‌دهند. ساختمان داخلی خازن از دو قسمت اصلی تشکیل می‌شود:
الف – صفحات هادی ب – عایق بین هادیها (دی الکتریک) ساختمان خازن هرگاه دو هادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیل خازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره با سطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفاده می‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی الکتریک دارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 و ضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسید آلومینیوم 7 برابر خاصیت عایقی هوا است. انواع خازن الف- خازنهای ثابت • سرامیکی • خازنهای ورقه‌ای • خازنهای میکا • خازنهای الکترولیتی o آلومینیومی o تانتالیوم

ب- خازنهای متغیر • واریابل • تریمر انواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای انواع خازن بر اساس دی الکتریک آنها 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازن سرامیکی 4. خازن متغییر
 

کاربرد خازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ: در مدارات دیجیتال از خازنها به عنوان عنصر ذخیره کننده انرژی استفاده میکنند که در یک لحظه شارژ و در لحظه دیگر دشارژ میشود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزوله کردن(جداساختن)دو منبع متناوب و مستقیم استفاده میشود خازن در برابر ولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل میکند و اجازه ورود یا خروج میدهد ولی در مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل میکند و اجازه ورود و یا خارج شدن ولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمیدهد.
خازن کروی
خازن مسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریک قرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توان خازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلاف پتانسیل دو سر مولد خواهد بود. ظرفیت خازن (C) نسبت مقدار باری که روی صفحات انباشته می‌شود بر اختلاف پتانسیل دو سر باتری را ظرفیت خازن گویند؛ که مقداری ثابت است.

C = kε0 A/d

C = ظرفیت خازن بر حسب فاراد

Q = بار ذخیره شده برحسب کولن

V = اختلاف پتانسیل دو سر مولد برحسب ولت
 

ε0 = قابلیت گذر دهی خلا است که برابر است با: 8.85 × 12-10 _ C2/N.m2

k (بدون یکا) = ثابت دی الکتریک است که برای هر ماده‌ای فرق دارد. تقریباً برای هوا و خلأ 1=K است و برای محیطهای دیگر مانند شیشه و روغن 1

ماده گذردهی عایق ماده گذردهی عایق هوا 1.0006 میکا 6-8 کهربا 2.8 پارافین 2.3 سفال (برای مهندسی رادیو)تا 80 کوارتز 4.5 کائوچو 3 آب خالص 81 شیشه 4-7

A = سطح خازن بر حسب m2

d =فاصله بین دو صفه خازن بر حسب m
 

چند نکته • آزمایش نشان می‌دهد که ظرفیت یک خازن به اندازه بار (q) و به اختلاف پتانسیل دو سر خازن (V) بستگی ندارد بلکه به نسبت q/v بستگی دارد. • بار الکتریکی ذخیره شده در خازن با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم دارد. یعنی: q a v • ظرفیت خازن با فاصله بین دو صفحه نسبت عکس دارد. یعنی: C a 1/d • ظرفیت خازن با مساحت هر یک از صفحات و جنس دی الکتریک (K )نسبت مستقیم دارد. یعنی: C a A و C a K شارژ یا پر کردن یک خازن وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصل کنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) و صفحه دیگر بار (-) پیدا می‌کند. آن صفحه‌ای که به قطب مثبت باتری وصل شده ؛ بار مثبت و صفحه دیگر بار منفی پیدا می‌کند. خازن پس از ذخیره کردن مقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلید همچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفر می‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولد متصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر بر می‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییم خازن پرشده است. دشارژ یا تخلیه یک خازن ابتدا خازنی را که پر است در نظر می‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالت برای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی که بار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفر خواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شده است. اگر خازن کاملاً پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازن کاملاً تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.

 

تأثیر ماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن وقتی که خازنی را به مولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. این میدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحات قرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوری شکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهای منفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛ بر بارهای روی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهای مثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت روی لبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراین با افزایش ثابت دی الکتریک (K) می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازن شد. با گذاشتن دی الکتریک در بین صفحات یک خازن ظرفیت آن افزایش می‌یابد. میدان الکتریکی درون خازن تخت در فضای بین صفحات خازن بار دار میدان الکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن به سمت صفحه منفی خازن است. اندازه میدان همواره یک عدد ثابت می‌باشد.

E=V/d

E: میدان الکتریکی

V: اختلاف پتانسیل دو سر خازن

d: فاصله بین دو صفحه خازن
 

میدان الکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحات خازن نسبت عکس دارد. به هم بستن خازنها خازنها در مدار به دو صورت بسته می‌شوند: 1. موازی 2. متوالی (سری) بستن خازنها به روش موازی در بستن به روش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:

• اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکی است. • بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده در هریک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت موازی مولد V = V1 = V2 = V3

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

CV = C1V1 + C2V2 + C3V3

ظرفیت کل : C = C1 + C2 + C3

اندیسها مربوط به خازنهای 1 ؛ 2 و 3 می‌باشد. هرگاه چند خازن باهم موازی باشند، ظرفیت خازن معادل برابر است با مجموع ظرفیت خازنها.

بستن خازنها بصورت متوالی در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراک وجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد بار دریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافت می‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهم برابر است. در بستن خازنها به طریق متوالی:

• بارهای روی صفحات هر خازن یکی است. • اختلاف پتانسیل دو سر مدار برابر است با مجموع اختلاف پتانسیل دو سر هر یک از خازنها. ظرفیت معادل در حالت متوالی:

بار کل Q = Q1 + Q2 + Q3

اختلاف پتانسیل کل V = V1 = V2 = V3

q/C = q1/C1 + q2/C2 + q3/C3

C-1 = 1/C1 + 1/C2 + 1/C3

ظرفیت کل در حالت متوالی ، وارون ظرفیت معادل ، برابر است با مجموع وارون هریک از خازنها.
انرژی ذخیره شده در خازن پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آن می‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری که در فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید. کاربرد خازن با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجاد میدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانند میدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنها برای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.

خازن وسیله‌ای الکتریکی است که در مدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سب می‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعد از مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانند مقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند. همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرار می‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنها خازنهای مسطح هستند.

این نوع خازنها از دو صفحه هادی که بین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و در فاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی دارد و با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریب را ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیم بندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یک دیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخی دیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یا متغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.
خازنهای ثابت

این خازنها دارای ظرفیت معینی هستند که در وضعیت معمولی تغییر پیدا نمی‌کنند. خازنهای ثابت را بر اساس نوع ماده دی الکتریک به کار رفته در آنها تقسیم بندی و نام گذاری می‌کنند و از آنها در مصارف مختلف استفاده می‌شود. از جمله این خازنها می‌توان انواع سرامیکی ، میکا ، ورقه‌ای ( کاغذی و پلاستیکی ) ،الکترولیتی ، روغنی ، گازی و نوع خاص فیلم (Film) را نام برد. اگر ماده دی الکتریک طی یک فعالیت شیمیایی تشکیل شده باشد آن را خازن الکترولیتی و در غیر این صورت آن را خازن خشک گویند. خازنهای روغنی و گازی در صنعت برق بیشتر در مدارهای الکتریکی برای راه اندازی و یا اصلاح ضریب قدرت به کار می‌روند. بقیه خازنهای ثابت دارای ویژگیهای خاصی هستند.

خازنهای متغیر

به طور کلی با تغییر سه عامل می‌توان ظرفیت خازن را تغیییر داد: "فاصله صفحات" ، "سطح صفحات" و "نوع دی الکتریک". اساس کار خازن متغیر بر مبنای تغییر سطح مشترک صفحات خازن یا تغییر ضخامت دی الکتریک است، ظرفیت یک خازن نسبت مستقیم با سطح مشترک دو صفحه خازن دارد. خازنهای متغیر عموما ازنوع عایق هوا یا پلاستیک هستند. نوعی که به وسیله دسته متحرک (محور) عمل تغییر ظرفیت انجام می‌شود "واریابل" نامند و در نوع دیگر این عمل به وسیله پیچ گوشتی صورت می‌گیرد که به آن "تریمر" گویند. محدوده ظرفیت خازنهای واریابل 10 تا 400 پیکو فاراد و در خازنهای تریمر از 5 تا 30 پیکو فاراد است. از این خازنها در گیرنده‌های رادیویی برای تنظیم فرکانس ایستگاه رادیویی استفاده می‌شود.
خازنهای سرامیکی

خازن سرامیکی (Ceramic capacitor) معمولترین خازن غیر الکترولیتی است که در آن دی الکتریک بکار رفته از جنس سرامیک است. ثابت دی الکتریک سرامیک بالا است، از این رو امکان ساخت خازنهای با ظرفیت زیاد در اندازه کوچک را در مقایسه با سایر خازنها بوجود آورده ، در نتیجه ولتاژ کار آنها بالا خواهد بود. ظرفیت خازنهای سرامیکی معمولا بین 5 پیکو فاراد تا 1/0 میکرو فاراد است. این نوع خازن به صورت دیسکی (عدسی) و استوانه‌ای تولید می‌شود و فرکانس کار خازنهای سرامیکی بالای 100 مگاهرتز است. عیب بزرگ این خازنها وابسته بودن ظرفیت آنها به دمای محیط است، زیرا با تغییر دما ظرفیت خازن تغییر می‌کند. از این خازن در مدارهای الکترونیکی ، مانند مدارهای مخابراتی و رادیویی استفاده می‌شود.

خازنهای ورقه‌ای

در خازنهای ورقه‌ای از کاغذ و مواد پلاستیکی به سبب انعطاف پذیری آنها ، برای دی الکتریک استفاده می‌شود. این گروه از خازنها خود به دو صورت ساخته می‌شوند:

خازنهای کاغذی

دی الکتریک این نوع خازن از یک صفحه نازک کاغذ متخلخل تشکیل شده که یک دی الکتریک مناسب درون آن تزریق می‌گردد تا مانع از جذب رطوبت گردد. برای جلوگیری از تبخیر دی الکتریک درون کاغذ ، خازن را درون یک قاب محکم و نفوذ ناپذیر قرار می‌دهند. خازنهای کاغذی به علت کوچک بودن ضریب دی الکتریک عایق آنها دارای ابعاد فیزیکی بزرگ هستند، اما از مزایای این خازنها آن است که در ولتاژها و جریانهای زیاد می‌توان از آنها استفاده کرد.

خازنهای پلاستیکی

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک پلاستیک برای دی الکتریک استفاده می‌شود. ورقه‌های پلاستیکی همراه با ورقه‌های نازک فلزی (آلومینیومی) به صورت لوله ، در درون قاب پلاستیکی بسته بندی می‌شوند. امروزه این نوع خازنها به دلیل داشتن مشخصات خوب در مدارات زیاد به کار می‌روند. این خازنها نسبت به تغییرات دما حساسیت زیادی ندارند، به همین سبب از آنها در مداراتی استفاده می‌کنند که احتیاج به خازنی با ظرفیت ثابت در مقابل حرارت باشد. یکی از انواع دی الکتریکهایی که در این خازنها به کار می‌رود پلی استایرن (Polystyrene) است، از این رو به این خازنها "پلی استر" گفته می‌شود که از جمله رایج‌ترین خازنهای پلاستیکی است. ماکزیمم فرکانس کار خازنهای پلاستیکی حدود یک مگا هرتز است.

خازنهای میکا

در این نوع خازن از ورقه‌های نازک میکا در بین صفحات خازن (ورقه‌های فلزی – آلومینیوم) استفاده می‌شود و در پایان ، مجموعه در یک محفظه قرار داده می‌شوند تا از اثر رطوبت جلوگیری شود. ظرفیت خازنهای میکا تقریبا بین 01/0 تا 1 میکرو فاراد است. از ویژگیهای اصلی و مهم این خازنها می‌توان داشتن ولتاژ کار بالا ، عمر طولانی و کاربرد در مدارات فرکانس بالا را نام برد.
خازنهای الکترولیتی

این نوع خازنها معمولاً در رنج میکرو فاراد هستند. خازنهای الکترولیتی همان خازنهای ثابت هستند، اما اندازه و ظرفیتشان از خازنهای ثابت بزرگتر است. نام دیگر این خازنها، شیمیایی است. علت نامیدن آنها به این نام این است که دی ‌الکتریک این خازنها را به نوعی مواد شیمیایی آغشته می‌کنند که در عمل ، حالت یک کاتالیزور را دارا می‌باشند و باعث بالا رفتن ظرفیت خازن می‌شوند. برخلاف خازنهای عدسی ، این خازنها دارای قطب یا پایه مثبت و منفی می‌باشند. روی بدنه خازن کنار پایه منفی ، علامت – نوشته شده است. مقدار واقعی ظرفیت و ولتاژ قابل تحمل آنها نیز روی بدنه درج شده است .خازنهای الکترولیتی در دو نوع آلومینیومی و تانتالیومی ساخته می‌شوند.

خازن آلومینیومی

این خازن همانند خازنهای ورقه‌ای از دو ورقه آلومینیومی تشکیل شده است. یکی از این ورقه‌ها که لایه اکسید روی آن ایجاد می‌شود "آند" نامیده می‌شود و ورقه آلومینیومی دیگر نقش کاتد را دارد. ساختمان داخلی آن بدین صورت است که دو ورقه آلومینیومی به همراه دو لایه کاغذ متخلخل که در بین آنها قرار دارند هم زمان پیچیده شده و سیمهای اتصال نیز به انتهای ورقه‌های آلومینیومی متصل می‌شوند. پس از پیچیدن ورقه‌ها آن را درون یک الکترولیت مناسب که شکل گیری لایه اکسید را سرعت می‌بخشد غوطه‌ور می‌سازند تا دو لایه کاغذ متخلخل از الکترولیت پر شوند. سپس کل مجموعه را درون یک قاب فلزی قرار داده و با یک پولک پلاستیکی که سیمهای خازن از آن می‌گذرد محکم بسته می‌شود.

خازن تانتالیوم

در این نوع خازن به جای آلومینیوم از فلز تانتالیوم استفاده می‌شود زیاد بودن ثابت دی الکتریک اکسید تانتالیوم نسبت به اکسید آلومینیوم (حدودا 3 برابر) سبب می‌شود خازنهای تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی درحجم مساوی دارای ظرفیت بیشتری باشند. محاسن خازن تانتالیومی نسبت به نوع آلومینیومی بدین قرار است:

 

ابعاد کوچکتر جریان نشتی کمتر عمر کارکرد طولانی از جمله معایب این نوع خازن در مقایسه با خازنهای آلومینیومی عبارتند از:

 

خازنهای تانتالیوم گرانتر هستند. نسبت به افزایش ولتاژ اعمال شده در مقابل ولتاژ مجاز آن ، همچنین معکوس شدن پلاریته حساس ترند. قابلیت تحمل جریانهای شارژ و دشارژ زیاد را ندارند. خازنهای تانتالیوم دارای محدودیت ظرفیت هستند (حد اکثر تا 330 میکرو فاراد ساخته می شوند).

 کد رنگی خازن ها

در خازن‌های پلیستر برای سالهای زیادی از کدهای رنگی بر روی بدنه آنها استفاده می‌‌شد. در این کدها سه رنگ اول ظرفیت را نشان می‌‌دهند و رنگ چهارم تولرانس(درصد خطا) را نشان می‌‌دهد . برای مثال قهوه‌ای - مشکی - نارنجی به معنی 10000 پیکوفاراد یا 10 نانوفاراد است. خازن‌های پلیستر امروزه به وفور در مدارات الکترونیک مورد استفاده قرار می‌‌گیرند. این خازنها در برابر حرارت زیاد معیوب می‌شوند و بنابراین هنگام لحیمکاری باید به این نکته توجه داشت.

ترتیب رنگی خازن‌ها به ترتیب از ۰ تا ۹ به صورت زیر است:

سیاه، قهوه ای، قرمز، نارنجی، زرد، سبز، آبی، بنفش، خاکستری، سفید

خازن‌ها با هر ظرفیتی وجود ندارند. بطور مثال خازن‌های 22 میکروفاراد یا 47 میکروفاراد وجود دارند ولی خازن‌های 25 میکروفاراد یا 117 میکروفاراد وجود ندارند. دلیل اینکار چنین است :

فرض کنیم بخواهیم خازن‌ها را با اختلاف ظرفیت ده تا ده تا بسازیم. مثلاً 10 و 20 و 30 و. .. به همین ترتیب. در ابتدا خوب بنظر می‌‌رسد ولی وقتی که به ظرفیت مثلاً 1000 برسیم چه رخ می‌‌دهد ؟

مثلاً 1000 و 1010 و 1020 و. .. که در اینصورت اختلاف بین خازن 1000 میکروفاراد با 1010 میکروفاراد بسیار کم است و فرقی با هم ندارند پس این مساله معقول بنظر نمی‌رسد. برای ساختن یک رنج محسوس از ارزش خازن‌ها، می‌توان برای اندازه ظرفیت از مضارب استاندارد 10 استفاده نمود. مثلاً 7/4 - 47 - 470 و. .. و یا 2/2 - 220 - 2200 و.. .

 خازن‌های متغیر

در مدارات تیونینگ رادیویی از این خازن‌ها استفاده می‌شود و به همین دلیل به این خازنها گاهی خازن تیونینگ هم اطلاق می‌شود. ظرفیت این خازن‌ها خیلی کم و در حدود 100 تا 500 پیکوفاراد است و بدلیل ظرفیت پایین در مدارات تایمینگ مورد استفاده قرار نمی‌گیرند.

در مدارات تایمینگ از خازن‌های ثابت استفاده می‌شود و اگر نیاز باشد دوره تناوب را تغییر دهیم، این عمل بکمک مقاومت انجام می‌شود .

 خازن‌های تریمر

خازن‌های تریمر خازن‌های متغییر کوچک و با ظرفیت بسیار پایین هستند. ظرفیت این خازن‌ها از حدود 1 تا 100 پیکوفاراد است و بیشتر در تیونرهای مدارات با فرکانس بالا مورد استفاده قرار می‌‌گیرند .

ويكي پديا