کاربردهای خازن ها- بخش چهارم آموزش خازن ها

مقدمه

سلام به همگی. امروز میخوایم آخرین بخش خازنها رو یادبگیریم. قبلا سه جلسه از آموزش خازن ها گفته بودیم. این جلسه دیگه به امید خدا جلسه آخر هست. قبل از این که این مطلب رو بخونید حتما جلسات اول و دوم و سوم این آموزش رو از لینک های زیر بخونید:

• جلسه اول
• جلسه دوم
• جلسه سوم

کاربرد خازن ها

البته  خازنها کاربردهای بسیار زیادی دارند ولی در اینجا ما سعی میکنیم مهمترین کاربردهاشون رو بگیم. 

استفاده به عنوان ByPass یا Decoupling : 

تعداد زیادی از خازنهایی که در مدارات می بینید به ویژه آنهای که به عنوان یک IC به کار میروند خازنهای Bypass هستند. خازنهای Decoupling بین ولتاژ منبع تغذیه (5 ولت یا 3.3 ولت یا …) و زمین قرار میگیرن. یک خازن ByPass  در فرکانس بالا به صورت اتصال کوتاه عمل میکنه و نیمذاره که رد بشه ولی برای ولتاژهای DC خیلی معمولی کارش رو انجام میده.

میشه از چند تا خازن مختلف با مقادیر مختلف و حتی نوع های مختلف برای ByPass کردن استفاده کنیم و هر خازنی ممکنه توی یه فرکانس خاص نویز رو بهتر فیلتر کنه.

[post_shop]

توی شکل بالا از سه تا خازن برای کاهش نویز روی ولتاژ تغذیه شتاب سنج استفاده شده. دو تا خازن سرامیکی با مقدار 0.1uF و یه تانتالیوم با مقدار 10uF وظیفه Decoupling رو بر عهده دارند.

در حالی که شاید به نظر برسه که گذاشتن این خازنها باعث اتصال کوتاه میشه بین VCC  و GND فقط سیگنال های فرکانس بالا میتونن از این مسیر به زمین برسن. سیگنال های DC میرن به IC.

نکته ای که این وسط وجود داره اینه که موقعی این خازنها رو در PCB کنار IC قرار میدید حتما باید در نزدیک ترین محل ممکن باشه و هر چه این خازنها دورتر باشن اثر پذیریشون کمتر هست. شکل زیر این سه تا خازن شکل بالا رو نشون میده.

برای این که توی این بخش یه تمرین انجام بدید از این به بعد برای هر IC که روی برد میذارید  حداقل یه خازن decoupling هم بین VCC و GND اون IC بذارید. مقدار 0.1uF یه انتخاب خوب هست. حتی میتونید خازنهای دیگه ای توی رنج 1uF تا 10uF هم اضافه کنید. این کار برای شما هزینه ای زیادی نداره ولی باعث میشه به برد و مدارات شما آسیب خیلی کمتری برسه.

فیلترینگ منبع تغذیه : 

با استفاده از دیودهای یکسوساز شما میتونید یه سیگنال AC رو به سمت سیگنال DC سوق بدید. به این معنی که مثلا سطح منفی یه سیگنال AC رو حذف کنید ولی نمیتونید یه سیگنال DC تر و تمیز به دست بیارید. به همین خاطر اینجا هم میایم و از خازن استفاده میکنیم. با اضافه کردن یه خازن موازی به پل یکسوسازی دیودها(سومین شکل از پایین رو ببنیید) ما میتونیم یه سیگنال DC نسبتا خوب بدست بیاریم. شکل زیر فقط با یه دیود هست که میبینید فقط سطح منفی سیگنال حذف شده:

حالا توی شکل زیر اومدیم از خازن هم استفاده کردیم. میبینید که چقدر سیگنالی که بدست آوردیم به DC نزدیک تر شده.

خازن ها قطعات  لجبازی هستند. آنها همیشه سعی می کنند در برابر تغییرات ناگهانی ولتاژ مقاومت کنند. هنگامی که ولتاژ افزایش می یابد، خازن( که اینجا نقش فیلتر رو بازی میکنه) شارژ می شه. بعد از این که شارژ شد کم کم خازن شروع به دشارژ میکنه  تا انرژی لازم برای بار مورد نظر را تامین کند. خازن نباید قبل از اینکه سیگنال ه شروع به افزایش دوباره کند به طور کامل شارژ شود. این نوسان به دفعات متعددی  در یک ثانیه اتفاق می افتد و بارها و بارها برای تامین توان در دسترس است.

اگه شما یه آداپتور AC به DC رو باز کنید یه خازن که یه خورده( نه زیاد) از بقیه خازن ها بزرگتر هست رو پیدا میکنید. شکل زیر یه آداپتور 9 ولت رو میبینید. که اون خازنه کنار 4 تا دیود مد نظر ماست

شاید بیشتر از اون چیزی که شما فک میکنید توی شکل بالا خازن وجود داشته باشه. 4 تا خازن الکترولیت توی رنج های 47uF تا 1000uF وجود داره. اون مستطیل زرده که کنار دیودها هست هم یه خازن فیلم ولتاژ بالا با مقدار 0.1uF هست. اون خازن آبی که شبیه دیسک هست و کنار ترانس قرار گرفته و همچنین اون خازن سبزه پشت خازن فیلم هم هر دو تاشون خازن سرامیکی هستن.

ذخیره و تامین انرژی

خیلی واضحه خازنها انرژی ذخیره میکنن. یکی از بیشترین کاربردهای خازنها تامین انرژی مدارات هست دقیقا مثل باتری. مشکل خازنها اینه که چگالی انرژی شون خیلی کمتر از باتری ها هست.خازنها نمیتونن به اندازه ای که باتری ها توی خودشون انرژی ذخیره میکنن، انرژی ذخیره کنن.

نکته مثبتی که خازنها نسبت به باتری ها دارن اینه که عمر اونا بیشتر از باتری ها هست و به همین خاطر باعث میشن نسبت به باتری ها گزینه مناسب تری  برای سازگاری با محیط زیست باشن. نکته دیگه در مورد اونا اینه که میتونن انرژیشون رو خیلی سریعتر از باتری ها تحویل بدن که باعث میشن برای کارهایی که برای لحظات کوتاهی نیاز به انرژی بالایی دارن، مناسب تر و کاربردی تر باشن. مثلا همین فلش دوربین ها، ممکنه انرژی خودشون رو از خازنها تامین کنن( این خازنها موقعی که دوربین روشن میشه احتمالا شارژ میشن)

در جدول زیر مواردی که در بالا گفتیم رو به طور خلاصه آوردیم:

فیلتر کردن سیگنال

خازنها در مقابل سیگنال های با فرکانس های مختلف پاسخ واحدی رو دارند. در واقع آنها فرکانس های پایین یا سیگنال های DC رو بلاک کنن و در همون حالت سیگنال های فرکانس بالا رو اجازه بدن رد بشه. انگار مثل یه فیلتر هستن که فقط فرکانس های بالا رو عبور میدن. (علت این موضوع برمیگرده به این که وقتی خازن رو در یک فضای فرکانسی مدل میکنیم /CS1 میشه و وقتی فرکانس میره بالا این مقاومت کاهش پیدا می کند و جریان عبور داده می شود و برعکس.)

فیلتر سیگنال در انواع کاربردهای پردازش های سیگنال میتونه مفید باشه. مثلا توی رادیوها،  ممکنه در کنار سایر قطعات از یه خازن هم برای حذف فرکانس های ناخواسته استفاده کنن.

مثال دیگری از سیگنال فیلتر خازنی را می توان در مدارهای داخلی  بلندگوها نام برد که یک سیگنال صوتی را از درون تعداد زیادی سیگنال جدا می کند. یک مجموعه خازنی فرکانس های پایین را مسدود می نمایند به طوری که بخش های باقی مانده با فرکانس بالا می توانند به توییتر های بلندگو برن. در عبور فرکانس های پایین برای مدار سابووفر، فرکانس های بالا می توانند از طریق خازن های موازی به سمت زمین هدایت شوند.

شکل زیر گویای همه چیز هست:

[/post_shop]

پی نوشت: ساب ووفر صدای بم و توییتر صدای زیر ایجاد میکنه.

خوب دوستان این جلسه و سلسله جلسات آموزش خازن هم به پایان رسید. اگه پیشنهادی انتقادی و یا نقطه نظری دارید میتونید از لینک های زیر با ما در تماس باشید: