خازن هاي سري و موازي

سری یا موازی

خازن ها نیز مانند مقاومت ها به 2 صورت به هم بسته می شوند: سری و موازی

خازن های سری

در به هم بستن خازن ها به صورت متوالی یا سری ظرفیت معادل مجموعه از فرمول زیر محاسبه می شود : به عنوان مثال ظرفیت معادل مجموعه ی روبرو برابر است با:

نکته: در خازن های سری ، باری که روی همه خازن ها ذخیره می شود با هم برابر است (ظرفیت خازن اهمیتی ندارد)توضیح این مطلب نیاز به مقدمات زیادی دارد که فعلاً ما نیازی به آن نداریم.

خازن های موازی

در به هم بستن موازی خازن ها، ظرفیت خازن ها به صورت مستقیم با هم جمع می شوند، یعنی:

C=4+3+12=19

برای مثال ظرفیت معادل مجموعه زیر برابر است با:

نکته: همانطور که می بینید در حالت موازی، ولتاژی که بر روی پایه های همه خازن ها قرار می گیرد مساوی است زیرا 2 سر همه‌ خازن‌ها به یكدیگر متصل شده است.

اگر در یک مدار چندین خازن به صورت سری و موازی قرار گرفته بودند، ابتدا خازن های موازی را حذف و آنگاه ظرفیت معادل بقیه خازن ها را محاسبه می کنیم. به مثال دقت کنید:

یكی از كاربرد‌های بسیار مهم خازن‌ها در كار ما حذف Noiseها و امواج زاید می‌باشد، این روش نسبتاً پیچیده می‌باشد ، در جلسات آتی در باره‌ی این روش نیز توضیح خواهیم داد.

منبع:تبيان

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 ***** 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 گیریتوانایی نگهداری انرژی الکتریکی است. ظرفیت زیاد بدین معنی است که خازنقادر به نگهداری انرژی الکتریکی بیشتری است. واحد اندازه گیری ظرفیت فاراداست. 1 فاراد واحد بزرگی است و مشخص کننده ظرفیت بالا می‌‌باشد. باید گفتکه ظرفیت خازن ها یک کمیت فیزیکی هست و به ساختمان خازن وابسته است و بهمدار و اختلاف پتانسیل بستگی ندارد ، بنابراین استفاده از واحدهای کوچک‌ترنیز 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 می‌تواندانرژی الکتریکی را توسط میدان الکترواستاتیکی (بار الکتریکی) در خود ذخیرهکند. 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 دوهادی در مقابل هم قرار گرفته و در بین آنها عایقی قرار داده شود، تشکیلخازن می‌دهند. معمولاً صفحات هادی خازن از جنس آلومینیوم ، روی و نقره باسطح نسبتاً زیاد بوده و در بین آنها عایقی (دی الکتریک) از جنس هوا ، کاغذ، میکا ، پلاستیک ، سرامیک ، اکسید آلومینیوم و اکسید تانتالیوم استفادهمی‌شود. هر چه ضریب دی الکتریک یک ماده عایق بزرگ‌تر باشد آن دی الکتریکدارای خاصیت عایقی بهتر است. به عنوان مثال ، ضریب دی الکتریک هوا 1 وضریب دی الکتریک اکسید آلومینیوم 7 می‌باشد. بنابراین خاصیت عایقی اکسیدآلومینیوم 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 • تریمرانواع خازن بر اساس شکل ظاهری آنها 1. مسطح 2. کروی 3. استوانه‌ای انواعخازن بر اساس دی الکتریک آنها 1. خازن کاغذی 2. خازن الکترونیکی 3. خازنسرامیکی 4. خازن متغییر
کاربردخازنها در مدارات دیجیتال و انالوگ: در مدارات دیجیتال از خازنها به عنوانعنصر ذخیره کننده انرژی استفاده می‌کنند که در یک لحظه شارژ و در لحظهدیگر دشارژ می‌شود ولی در مدارات انالوگ از خازن جهت ایزولهکردن(جداساختن)دو منبع متناوب و مستقیم استفاده می‌شود خازن در برابرولتاژ متناوب مثل اتصال کوتاه عمل می‌کند و اجازه ورود یا خروج می‌دهد ولیدر مقابل ولتاژ مستقیم همانند سد عمل می‌کند و اجازه ورود و یا خارج شدنولتاژ مستقیم از مدار را به قسمت تحت ایزوله خود نمی‌دهد.
خازن کروی
خازنمسطح (خازن تخت) دو صفحه فلزی موازی که بین آنها عایقی به نام دی الکتریکقرار دارد، مانند (هوا ، شیشه). با اتصال صفحات خازن به یک مولد می‌توانخازن را باردار کرد. اختلاف پتانسیل بین دو سر صفحات خازن برابر اختلافپتانسیل 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 عایقهوا 1.0006 میکا 6-8 کهربا 2.8 پارافین 2.3 سفال (برای مهندسی رادیو)تا 80کوارتز 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 وC a Kشارژ یا پر کردن یک خازن وقتی که یک خازن بی بار را به دو سر یک باتری وصلکنیم؛ الکترونها در مدار جاری می‌شوند. بدین ترتیب یکی از صفحات بار (+) وصفحه 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 کردنمقدار معینی از بار الکتریکی پر می‌شود. یعنی با توجه به اینکه کلیدهمچنان بسته است؛ ولی جریانی از مدار عبور نمی‌کند و در واقع جریان به صفرمی‌رسد. یعنی به محض اینکه یک خازن خالی بدون بار را در یک مدار به مولدمتصل کردیم؛ پس از مدتی کوتاه عقربه گالوانومتر دوباره روی صفر برمی‌گردد. یعنی دیگر جریانی از مدار عبور نمی‌کند. در این حالت می‌گوییمخازن پرشده است. دشارژ یا تخلیه یک خازن ابتدا خازنی را که پر است در نظرمی‌گیریم. دو سر خازن را توسط یک سیم به همدیگر وصل می‌کنیم. در این حالتبرای مدت کوتاهی جریانی در مدار برقرار می‌شود و این جریان تا زمانی کهبار روی صفحات خازن وجود دارد برقرار است. پس از مدت زمانی جریان صفرخواهد شد. یعنی دیگر باری بر روی صفحات خازن وجود ندارد و خازن تخلیه شدهاست. اگر خازن کاملاً پر شود دیگر جریانی برقرار نمی‌شود و اگر خازنکاملاً تخلیه شود باز هم جریانی برقرار نمی‌شود.

تأثیرماده دی‌الکتریک در فضای بین دو صفحه موازی یک خازن وقتی که خازنی را بهمولدی وصل می‌کنیم؛ یک میدان یکنواخت در داخل خازن بوجود می‌آید. اینمیدان الکتریکی بر توزیع بارهای الکتریکی اتمی عایقی که در درون صفحاتقرار دارد اثر می‌گذارد و باعث می‌شود که دو قطبیهای موجود در عایق طوریشکل گیری کنند؛ که در یک سمت عایق بارهای مثبت و در سمت دیگر آن بارهایمنفی تجمّع کنند. توزیع بارهایی که در لبه‌های عایق قرار دارند؛ بر بارهایروی صفحات خازن اثر می‌گذارد. یعنی بارهای منفی روی لبه‌های عایق؛ بارهایمثبت بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند؛ و همینطور بارهای مثبت رویلبه‌های عایق بارهای منفی بیشتری را روی صفحات خازن جمع می‌کند. بنابراینبا افزایش ثابت دی الکتریک (K)می‌توان بارهای بیشتری را روی خازن جمع کرد و باعث افزایش ظرفیت یک خازنشد. 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 میدانالکتریکی یکنواختی برقرار می‌شود که جهت آن همواره از صفحه مثبت خازن بهسمت 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
میدانالکتریکی با اختلاف پتانسیل دو سر خازن نسبت مستقیم و با فاصله بین صفحاتخازن نسبت عکس دارد. به هم بستن خازنها خازنها در مدار به دو صورت بستهمی‌شوند: 1. موازی 2. متوالی (سری) بستن خازنها به روش موازی در بستن بهروش موازی بین خازنها دو نقطه اشتراک وجود دارد. در این نوع روش:
• اختلاف پتانسیل برای همة خازنها یکیاست. • بار ذخیره شده در کل مدار برابر است با مجموع بارهای ذخیره شده درهریک 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

بستنخازنها بصورت متوالی در بستن به روش متوالی بین خازنها یک نقطه اشتراکوجود دارد و تنها دو صفحه دو طرف مجموعه به مولد بسته شده ؛ از مولد باردریافت می‌کند. صفحات مقابل نیز از طریق القاء بار الکتریکی دریافتمی‌کنند. بنابراین اندازه بار الکتریکی روی همه خازنها در این حالت باهمبرابر 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 هریک 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.

انرژیذخیره شده در خازن پر شدن یک خازن باعث بوجود آمدن بار ذخیره در روی آنمی‌شود و این هم باعث می‌شود که انرژی روی صفحات ذخیره گردد. کل کاری کهدر فرآیند پر شدن خازن انجام می‌شود از طریق محاسبه بدست می‌آید. کاربردخازن با توجه به اینکه بار الکتریکی در خازن ذخیره می‌شود؛ برای ایجادمیدانهای الکتریکی یکنواخت می‌توان از خازن استفاده کرد. خازنها می‌توانندمیدانهای الکتریکی را در حجمهای کوچک نگه دارند؛ به علاوه می‌توان از آنهابرای ذخیره کردن انرژی استفاده کرد. خازن در اشکال مختلف ساخته می‌شود.
خازن وسیله‌ای الکتریکی است که درمدارهای الکتریکی اثر خازنی ایجاد می‌کند. اثر خازنی خاصیتی است که سبمی‌شود مقداری انرژی الکتریکی در یک میدان الکترواستاتیک ذخیره شود و بعداز مدتی آزاد گردد. به تعبیر دیگر ، خازنها المانهایی هستند که می‌توانندمقداری الکتریسیته را به صورت یک میدان الکترواستاتیک در خود ذخیره کنند.همانگونه که یک مخزن آب برای ذخیره کردن مقداری آب مورد استفاده قرارمی‌گیرد. خازنها به اشکال گوناگون ساخته می‌شوند و متداولترین آنهاخازنهای مسطح هستند.
این نوع خازنها از دو صفحه هادی کهبین آنها عایق یا دی الکتریک قرار دارد. صفحات هادی نسبتا بزرگ هستند و درفاصله‌ای بسیار نزدیک به هم قرار می‌گیرند. دی الکتریک انواع مختلفی داردو با ضریب مخصوصی که نسبت به هوا سنجیده می‌شود، معرفی می‌گردد. این ضریبرا ضریب دی الکتریک می‌نامند. خازنها به دو دسته کلی ثابت و متغیر تقسیمبندی می‌شوند. خازنها انواع مختلفی دارند و از لحاظ شکل و اندازه با یکدیگر متفاوت‌اند. بعضی از خازنها از روغن پر شده و بسیار حجیم‌اند. برخیدیگر بسیار کوچک و به اندازه یک دانه عدس می‌باشند. خازنها بر حسب ثابت یامتغیر بودن ظرفیت به دو گروه تقسیم می‌شوند: خازنهای ثابت و خازنهای متغیر.

انواع به هم بستن مقاومت ها ، و معرفی خازن و ظرفیت خازن

مقاومت ها را در مدار بر حسب نوع کاربرد مي توانيم به 2 صورت سري و موازي ببنديم:
مقاومت هاي سري يا متوالي:اگر چند مقاومت را در مدار به صورت پشت سرهم ببنديم، يعني هر2مقاومت متوالي در يک سر با هم مشترک باشند (به شکل دقت کنيد)، آنگاه مي گوييم مقاومت ها را با هم سري کرده ايم

"مقاومت معادل" يعني مقاومت نهايي کل مجموعه.
براي به دست آوردن مقاومت معادل جند مقاومت که به صورت سري بسته شده اند، کافيست اندازه ي هر مقاومت را با بعدي جمع کنيم يعني:

(Totمخفف کلمه يTotal به معناي کل مي باشد)
مثال: مقاومت معادل مجموعه ي زير بدين صورت است:

? 19=12+4+
مقاومت هاي موازي:اگر چند مقاومت را در مدار به شکلي ببنديم که ابتدا و انتهاي همه ي آنها به همديگر متصل باشند(به شکل دقت کنيد)، آنها را با يکديگر موازي کرده ايم.

براي بدست آوردن مقاومت معادل در اين حالت از اين فرمول استفاده مي کنيم:

مثال: مقاومت معادل مجموعه ي زير بدين صورت است:

مدارهاي الکترونيکي ممکنه ترکيبي از مقاومت هاي سري و موازي باشند، در اين صورت براي به دست آوردن مقاومت معادل بايد سعي کنيم مساله را به قسمت هاي کوچکتر تبديل کنيم و مقاومت هر قسمت را جداگانه محاسبه و با قسمت ديگر جمع کنيم. به مثال دقت کنيد:

خازن هاي سري و موازي

انواع به هم بستن مقاومت ها ، و معرفی خازن و ظرفیت خازن

مطالب مشابه :

مقاومت الکتریکی

مقاومت ها

مقاومت الکتریکی

کاربرد ژئوسنتتیک ها در عمران

مقاومت

مقاومت الکتریکی و انواع آن

مقاومت ها

خازن هاي سري و موازي

مقاومت الکتریکی