چه چیزی ظرفیت ثابت است

1. تعریف

چیزی که معمولاً به عنوان "خازنه دائمی" شناخته می‌شود، احتمالاً یک اصطلاح رایج است. به طور دقیق‌تر، ممکن است به خازنه ثابت اشاره داشته باشد. خازنه ثابت نوعی خازنه با مقدار ظرفیت ثابت است. در مدار، ظرفیتش به دلیل تغییرات نرمال ولتاژ، جریان یا شرایط خارجی دیگر متداول تغییر نمی‌کند. وظایف اصلی آن شامل ذخیره انرژی الکتریکی، فیلترینگ، کوپلینگ و بایپاس می‌شود.

2. ساختار و اصل عملکرد

ساختار

به عنوان مثال، خازنه سرامیکی رایج را در نظر بگیرید. این خازنه عمدتاً شامل دی‌الکتریک سرامیکی، الکترودها و مواد بسته‌بندی می‌باشد. دی‌الکتریک سرامیکی قسمت کلیدی است که مقدار ظرفیت و ویژگی‌های دیگر را تعیین می‌کند. الکترودها معمولاً از مواد فلزی (مانند نقره، پالادیوم و غیره) ساخته شده‌اند و برای خارج کردن شارژ استفاده می‌شوند. مواد بسته‌بندی نقش محافظت از ساختار داخلی را ایفا می‌کنند.

اصل عملکرد

خازنه‌ها بر اساس اصل ذخیره انرژی الکتریکی در یک میدان الکتریکی کار می‌کنند. هنگامی که ولتاژی بین دو قطب خازنه اعمال می‌شود، شارژ‌ها در دو قطب تجمع می‌یابند و یک میدان الکتریکی را تشکیل می‌دهند. انرژی میدان الکتریکی به صورت انرژی الکتریکی در خازنه ذخیره می‌شود. برای یک خازنه ثابت، مقدار ظرفیت آن عمدتاً به مساحت دو صفحه، فاصله بین صفحات و ثابت دی‌الکتریک محیط بین صفحات بستگی دارد. بر اساس فرمول c=εs/d (که در آن C ظرفیت، ε ثابت دی‌الکتریک، S مساحت صفحه و d فاصله صفحات است)، در یک خازنه ثابت، این پارامترها بعد از ساخت عملاً ثابت هستند، بنابراین مقدار ظرفیت ثابت می‌ماند.

3. طبقه‌بندی و کاربرد

طبقه‌بندی

• خازنه‌های سرامیکی: آنها دارای ویژگی‌های حجم کوچک، عملکرد بالا در فرکانس‌های بالا و ثبات نسبتاً بالا هستند. آنها به سه گروه تقسیم می‌شوند: گروه I (نوع جبران دما)، گروه II (نوع دی‌الکتریک بالا) و گروه III (نوع نیمه‌رسانا). خازنه‌های سرامیکی گروه I معمولاً در مدارهای نوسان‌سازی با فرکانس بالا، دستگاه‌های دقیق و موقعیت‌هایی با نیاز بسیار بالا به ثبات ظرفیت استفاده می‌شوند. خازنه‌های سرامیکی گروه II برای کاربردهای بایپاس، فیلترینگ و مدارهای عمومی مناسب هستند.

• خازنه‌های الکترولیتی: آنها به دو گروه خازنه‌های الکترولیتی آلومینیومی و خازنه‌های الکترولیتی تنگستنی تقسیم می‌شوند. خازنه‌های الکترولیتی آلومینیومی دارای ظرفیت بزرگ اما جریان نشتی نسبتاً زیاد هستند. آنها عمدتاً در مدارهای فیلترینگ با فرکانس پایین و هموارسازی ولتاژ تغذیه استفاده می‌شوند. خازنه‌های الکترولیتی تنگستنی نسبت به خازنه‌های الکترولیتی آلومینیومی عملکرد بهتری دارند و در مدارهای تغذیه، کوپلینگ سیگنال و موقعیت‌هایی با نیاز بالاتر استفاده می‌شوند.

• خازنه‌های فیلمی: آنها شامل خازنه‌های فیلم پلی‌استر و خازنه‌های فیلم پلی‌پروپیلن می‌شوند. خازنه‌های فیلم پلی‌استر معمولاً در مدارهای DC و AC با فرکانس پایین دستگاه‌های الکترونیکی عمومی استفاده می‌شوند. خازنه‌های فیلم پلی‌پروپیلن با مزایای ضریب اتلاف کم و عملکرد عایقی خوب، در مدارهای فرکانس بالا و مدارهای ولتاژ بالا استفاده گسترده‌ای دارند.

کاربرد

• مدارهای تغذیه: در مدارهای مستقیم‌سازی و فیلترینگ تغذیه، خازنه‌های الکترولیتی برای هموارسازی ولتاژ خروجی DC و فیلترینگ نوسانات پس از مستقیم‌سازی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، در تغذیه کامپیوتر، خازنه‌های الکترولیتی با ظرفیت بزرگ می‌توانند نوسانات ولتاژ خروجی تغذیه را به طور مؤثر کاهش داده و منبع تغذیه پایداری برای اجزای مختلف کامپیوتر فراهم کنند.

• مدارهای کوپلینگ: در مدارهای تقویت صوتی، خازنه‌ها برای کوپلینگ سیگنال‌های صوتی استفاده می‌شوند. به عنوان مثال، بین دو مرحله تقویت کننده صوتی، یک خازنه برای کوپلینگ سیگنال خروجی مرحله قبلی به ورودی مرحله بعدی استفاده می‌شود. در عین حال، آن سیگنال DC را مسدود کرده و فقط سیگنال صوتی AC را اجازه عبور می‌دهد، بنابراین انتقال و تقویت مؤثر سیگنال صوتی را ممکن می‌سازد.

• مدارهای نوسان‌سازی: در مدارهای نوسان‌سازی دستگاه‌های ارسال و دریافت رادیو، خازنه‌های ثابت مانند خازنه‌های سرامیکی یا فیلمی، با همراهی القایی و اجزای دیگر، یک حلقه نوسان‌سازی را تشکیل می‌دهند تا سیگنال نوسانی با فرکانس بالا و ثابت تولید کنند. به عنوان مثال، در مدار نوسان‌ساز محلی رادیو، خازنه ثابت و القایی با هم همکاری می‌کنند تا فرکانس نوسان را تعیین کنند، این امر به رادیو اجازه می‌دهد تا سیگنال‌های پخش با فرکانس مشخص را دریافت کند.