Hadi Sadoghi Yazdi

Professor of Electrical and
Computer Engineering

فهرست مطالب

مقاومت و خازن

نویسنده: کوروش ارفع شهیدی
ایمیل: kourosh.a.shahidi@gmail.com
پاییز ۱۴۰۳

مقدمه

در مدارهای الکترونیکی، مقاومت‌ها و خازن‌ها اجزای اساسی هستند که نقش مهمی در کنترل و مدیریت جریان و ولتاژ ایفا می‌کنند. این دو جزء به طور گسترده در مدارهای مختلف برای تنظیم عملکرد و اطمینان از کارکرد صحیح دستگاه‌های الکترونیکی استفاده می‌شوند. انتخاب دقیق و مناسب مقادیر مقاومت و خازن، بر اساس استانداردهای تعیین‌شده، کلید بهینه‌سازی عملکرد مدار و دستیابی به اهداف طراحی است. یکی از پرکاربردترین استانداردها، سری E است که مقادیر استاندارد مقاومت مانند E12، E24 و E96 را ارائه می‌دهد تا نیازهای طراحی عملی را برآورده کند. به طور مشابه، خازن‌ها در محدوده وسیعی از مقادیر موجود هستند که بر اساس عواملی مانند نوع مدار، دقت مورد نیاز و پایداری انتخاب می‌شوند.

این پژوهش به بررسی مقادیر استاندارد مقاومت، با تمرکز بر سری E، می‌پردازد و همچنین مقادیر مختلف خازن را بررسی می‌کند. علاوه بر این، تفاوت‌های ساختار و مواد مورد استفاده در تولید این اجزا را مورد بحث قرار می‌دهد تا درک عمیق‌تری از نحوه عملکرد و کاربردهای آنها در طراحی مدارهای الکترونیکی ارائه دهد. برای هر طراح مدار، درک صحیح این اجزا و مقادیر آنها ضروری است، زیرا استفاده کارآمد از مقاومت‌ها و خازن‌ها می‌تواند دقت، پایداری و عملکرد کلی سیستم‌های الکترونیکی را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.

مقاومت‌ها (Resistors)

مقاومت چیست؟

مقاومت یک جزء الکتریکی غیرفعال است که در برابر جریان الکتریکی مقاومت ایجاد می‌کند. تقریباً در تمام شبکه‌های الکتریکی و مدارهای الکترونیکی می‌توان آن‌ها را یافت. مقاومت بر حسب اهم (Ω) اندازه‌گیری می‌شود. یک اهم، مقاومتی است که هنگامی رخ می‌دهد که جریان یک آمپر (A) از مقاومتی با افت ولتاژ یک ولت (V) در پایانه‌هایش عبور کند.

\[R = V / I\]

انواع مقاومت بر اساس مقدار مقاومت

مقاومت ثابت (Fixed Resistor)

مقاومت‌های ثابت، اجزای الکترونیکی هستند که برای ارائه یک مقدار مقاومت ثابت در یک مدار طراحی شده‌اند. مقاومت آن‌ها را نمی‌توان تغییر یا تنظیم کرد، به این معنی که مقدار ثابتی از مخالفت با جریان الکتریکی ارائه می‌دهند. این مقاومت‌ها برای کنترل جریان و ولتاژ در تقریباً تمام دستگاه‌ها و سیستم‌های الکترونیکی اساسی هستند.

مقاومت‌های ثابت در محدوده وسیعی از مقادیر مقاومت، از کسری از اهم تا چندین مگا اهم، در دسترس هستند و بر اساس نیازهای خاص مدار استفاده می‌شوند. آن‌ها در انواع مختلفی وجود دارند که هر کدام ویژگی‌های منحصر به فردی دارند، مانند مقاومت‌های کربنی، فیلم فلزی و سیم‌پیچی.

مزایای کلیدی مقاومت‌های ثابت، قابلیت اطمینان، سادگی و سهولت استفاده است. پس از قرارگیری در مدار، مقدار مقاومت تعیین‌شده خود را بدون نیاز به تنظیمات بیشتر حفظ می‌کنند. این امر آن‌ها را برای کاربردهایی که عملکرد ثابت حیاتی است، مانند پردازش سیگنال، توزیع توان و انواع مدارهای کنترل، ضروری می‌سازد.

مقاومت‌های کربنی (Carbon-Composition Resistors)

مقاومت‌های کربنی (CCR) از یک المان مقاومتی استوانه‌ای جامد با سیم‌های leads جاسازی‌شده یا کلاهک‌های فلزی انتهایی تشکیل شده‌اند که سیم‌های lead به آن‌ها متصل می‌شوند. بدنه مقاومت با رنگ یا پلاستیک محافظت می‌شود. مقاومت‌های کربنی اوایل قرن ۲۰ بدنه‌های عایق‌نشده داشتند؛ سیم‌های lead به دور انتهای میله المان مقاومتی پیچیده شده و لحیم می‌شدند. مقاومت تکمیل‌شده برای کدگذاری رنگی مقدار آن رنگ‌آمیزی می‌شد.

مقاومت کربنی

المان مقاومتی در مقاومت‌های کربنی از مخلوطی از پودر کربن ریز و یک ماده عایق، معمولاً سرامیک، ساخته شده است. یک رزین مخلوط را نگه می‌دارد. مقاومت توسط نسبت ماده پرکننده (پودر سرامیک) به کربن تعیین می‌شود.

مزیت بزرگ مقاومت‌های کربنی، توانایی آن‌ها در تحمل پالس‌های پرانرژی است. هنگامی که جریان از مقاومت عبور می‌کند، کل بدنه ترکیب کربنی انرژی را هدایت می‌کند.

مقاومت‌های سیم‌پیچی (Wire Wound Resistors)

مقاومت‌های سیم‌پیچی معمولاً با پیچیدن یک سیم فلزی، معمولاً نیکروم، حول یک هسته سرامیکی، پلاستیکی یا فایبرگلاس ساخته می‌شوند. انتهای سیم به دو کلاهک یا حلقه، که به انتهای هسته متصل شده‌اند، لحیم یا جوش داده می‌شوند. مجموعه با یک لایه رنگ، پلاستیک قالب‌گیری‌شده یا یک پوشش مینای پخته‌شده در دمای بالا محافظت می‌شود.

مقاومت سیم‌پیچی

در این حالت، مقدار مقاومت توسط نوع سیم و سپس قطر آن تعیین می‌شود. ضخامت سیم چقدر است، هرچه سیم ضخیم‌تر باشد مقاومت کمتر و هرچه سیم بلندتر باشد مقاومت بیشتر است. از آن‌ها برای توان بالا و مقادیر دقیق استفاده می‌شود.

مقاومت‌های متغیر (Variable Resistors)

مقاومت‌های متغیر اجزای الکترونیکی هستند که امکان تنظیم مقادیر مقاومت در یک مدار را فراهم می‌کنند. برخلاف مقاومت‌های ثابت که مقاومت ثابتی ارائه می‌دهند، مقاومت‌های متغیر را می‌توان به صورت دستی یا الکترونیکی تغییر داد و به کاربران اجازه می‌دهد تا جریان و سطح ولتاژ را به دقت کنترل کنند. انواع رایج مقاومت‌های متغیر شامل پتانسیومترها (که اغلب در کنترل‌های حجم و دیمرهای نور استفاده می‌شوند) و رئوستات‌ها (که معمولاً برای تنظیم جریان در کاربردهای توان بالا استفاده می‌شوند) هستند. تطبیق‌پذیری آن‌ها آن‌ها را در کاربردهای مختلف، از الکترونیک مصرفی تا تجهیزات صنعتی، ضروری می‌سازد، زیرا امکان تنظیم دقیق و کالیبراسیون عملکرد مدار برای برآوردن نیازهای خاص را فراهم می‌کنند.

تلرانس (Tolerance)

تلرانس مقاومت معیاری برای تغییرات مقاومت از مقدار مشخص‌شده است. تلرانس مقاومت به صورت درصدی از مقدار اسمی آن بیان می‌شود. تلرانس‌های معمولی مقاومت یک درصد و پنج درصد هستند که مقاومت‌های با تلرانس tighter (محدوده خطای کمتر) تا حدودی گران‌تر هستند. اگر مقاومت‌ها تلرانس کمتر از دو درصد داشته باشند، معمولاً به عنوان مقاومت‌های دقیق (precision resistors) شناخته می‌شوند.

مقادیر استاندارد مقاومت

مقاومت‌های ثابت در انواع، اندازه‌ها و مقادیر مقاومت مختلفی وجود دارند. اما برای داشتن یک مقاومت در دسترس برای هر مقدار مقاومت ممکن که محاسبه شده، به معنای واقعی کلمه میلیون‌ها مقاومت جداگانه نیاز خواهد بود. واضح است که این عملی نیست، بلکه مقاومت‌ها در چیزی که معمولاً به عنوان مقادیر استاندارد مقاومت (Standard Resistor Values) یا مقادیر ترجیحی (Preferred values) شناخته می‌شوند، تولید می‌شوند.

استانداردسازی مقادیر مقاومت چندین مزیت عمده دارد. به جای مقادیر متوالی مقاومت از مثلاً 1Ω به بالا، مقادیر خاصی از مقاومت در باندهای تلرانس خاصی وجود دارند که تا حد امکان به طور یکنواخت روی یک مقیاس لگاریتمی توزیع شده‌اند. همچنین، استفاده از مقادیر استاندارد مقاومت، سازگاری بین مقاومت‌های تولیدکنندگان مختلف را برای یک طراحی معین فراهم می‌کند که خود برای مهندسان برق Advantageous (مزیت‌دار) است.

باند تلرانس یک مقاومت ثابت، حداکثر تفاوت مجاز بین مقدار مقاومتی واقعی آن و مقدار مقاومتی لازم یا مورد انتظار است. این تفاوت معمولاً به عنوان یک مقدار درصدی مثبت یا منفی بیان می‌شود. برای مثال، یک مقاومت 1kΩ با تلرانس ±20% ممکن است حداکثر و حداقل مقدار مقاومتی زیر را داشته باشد:

سری E12

اولین چیزی که باید بدانید این است که در هر دهه مقاومت (یعنی از 10 - 100Ω، 100 - 1kΩ، 1k - 10kΩ و غیره) فقط تعداد محدودی مقدار اسمی مختلف مجاز وجود دارد. اکثر مقاومت‌های رایج مقادیری در سری E12 دارند که فقط 12 مقدار مجاز در هر دهه دارد. این مقادیر نرمال‌شده عبارتند از: 1.0, 1.2, 1.5, 1.8, 2.2, 2.7, 3.3, 3.9, 4.7, 5.6, 6.8 و 8.2. مضارب این مقادیر به سادگی در هر دهه تکرار می‌شوند، مانند 10, 12, 15, 18 و غیره. توجه کنید که گام‌های بین این مقادیر همیشه بسیار نزدیک به 20٪ است، زیرا سری E12 به روزهای مقاومت‌های با تلرانس ±10٪ برمی‌گردد.

سری E12

سری E24

مقادیر مقاومت E24 بخشی از استاندارد سری E برای مقادیر مقاومت ترجیحی هستند که معمولاً در اجزای الکترونیکی استفاده می‌شوند. سری E24 شامل 24 مقدار مقاومت مختلف با فاصله لگاریتمی در هر دهه (مثلاً بین 10Ω و 100Ω) است که امکان طیف وسیع‌تری از گزینه‌های مقاومت موجود را با تلرانس استاندارد ±5٪ فراهم می‌کند. این مقادیر طوری انتخاب شده‌اند که برای هر محدوده معین، پوشش کافی برای برآوردن نیازهای طراحی در حالی که دقت تولید معقول حفظ می‌شود، وجود داشته باشد. مقاومت‌های E24 به طور گسترده در الکترونیک عمومی‌منظوره که دقت بالا Crucial (حیاتی) نیست اما انعطاف‌پذیری در انتخاب مقادیر مهم است، استفاده می‌شوند.

سری E24

کد رنگی مقاومت

به طور کلی، مقدار مقاومت، تلرانس و رتبه توان بر روی بدنه مقاومت به صورت اعداد یا حروف چاپ می‌شود زمانی که بدنه مقاومت به اندازه کافی بزرگ باشد که بتوان چاپ را خواند، مانند مقاومت‌های توان بزرگ. اما بسیاری از مقاومت‌ها آنقدر کوچک هستند که چاپ مقدار و درصد تلرانس آن‌ها بر روی بدنه‌شان به صورت رقم دشوار خواهد بود. برای غلبه بر این مشکل، یک سیستم کدگذاری بر اساس نوارهای رنگی متمایز توسعه داده شد تا در شناسایی کمک کند. یادگیری این کد رنگ آنقدر که قبلاً لازم بود ضروری نیست (به لطف مولتی‌مترهای دیجیتالی دقیق و کم‌هزینه!)، اما یادگیری آن سخت نیست و به هر حال دانش بسیار مفیدی است.

چیز بعدی که باید بدانید این است که دو سیستم مختلف کدگذاری رنگ مقاومت در حال استفاده وجود دارد: یکی با مجموع 4 نوار رنگی و دیگری 5 نوار.

کد رنگی مقاومت 5 نواره

مقاومت‌های 5 نواره، مقاومت‌های محوری فیلم فلزی دقیق‌تر و با کیفیت‌تر با مقادیر تلرانس 2٪ یا کمتر در مقایسه با مقاومت‌های سیم‌پیچی یا کربنی هستند. سیستم 5 نواره کاملاً قادر به مدیریت هر مقاومتی با مقادیر E12 یا E24 است

کد 5 نواره

نحوه خواندن کد رنگی مقاومت 5 نواره

هر نوار رنگی یک مقاومت با مقدار ثابت، مقدار اهمی اسمی را از نوار رنگی 1 تا 3 نشان می‌دهد. رقم ضریب اعشار در نوار 4 قرار دارد و نوار 5 نشان‌دهنده تلرانس مقاومت 5 نواره است.

علائم کد رنگ مقاومت همیشه یک نوار در یک زمان، از چپ به راست، شروع می‌شوند، با باند تلرانس با عرض بزرگتر که به سمت راست جهت‌گیری شده است تا مقدار تلرانس آن را نشان دهد. گاهی اوقات یک فاصله جزئی بین باندهای ضریب و تلرانس وجود دارد تا به شما در تشخیص بین طرف چپ و راست مقاومت کمک کند.

خواندن 5 نواره

مثال

مقدار مقاومت مقاومت زیر را تعیین کنید.

مثال 5 نواره

مقاومت: 125.00 مگا اهم تلرانس: ± 5%

کد رنگی مقاومت 4 نواره

مقاومت‌های 4 نواره تقریباً همیشه مقادیری در سری E12 دارند، در حالی که مقاومت‌های 5 نواره می‌توانند هر مقداری در سری E24 داشته باشند. این نکته ارزش به خاطر سپردن دارد، زیرا بسته به رنگ بدنه مقاومت، ممکن است برخی از رنگ‌های نوار به راحتی قابل تشخیص نباشند. آبی (6) و خاکستری (8) گاهی اوقات بسیار شبیه به هم به نظر می‌رسند، همانطور که قرمز (2)، قهوه‌ای (1) و نارنجی (3).

کد 4 نواره

نحوه خواندن کد رنگی مقاومت 4 نواره

ساده‌ترین راه برای شناسایی کد رنگ مقاومت، دانستن این است که کدام رنگ‌ها نشان‌دهنده مهم‌ترین ارقام هستند. علائم کد رنگ مقاومت همیشه یک نوار در یک زمان، از چپ به راست، شروع می‌شوند، با باند تلرانس با عرض بزرگتر که به سمت راست جهت‌گیری شده است تا تلرانس آن را نشان دهد.

با مطابقت دادن رنگ اولین نوار با عدد مرتبط آن در ستون رقم نمودار رنگ زیر، اولین رقم شناسایی می‌شود و این نشان‌دهنده اولین رقم مقدار مقاومت است.

خواندن 4 نواره

مثال

مقدار مقاومت مقاومت زیر را تعیین کنید.

مثال 4 نواره

مقاومت: 47.00 کیلو اهم تلرانس: ± 0.25%

خازن‌ها (Capacitors)

خازن چیست؟

خازن‌ها اجزای الکترونیکی غیرفعالی هستند که از دو یا چند تکه ماده رسانا که توسط یک ماده عایق جدا شده‌اند، تشکیل شده‌اند. خازن جزءی است که توانایی یا “ظرفیت” ذخیره انرژی به شکل بار الکتریکی را دارد و یک اختلاف پتانسیل (ولتاژ استاتیک) در سراسر صفحه‌هایش تولید می‌کند، بسیار شبیه یک باتری کوچک قابل شارژ.

با اعمال ولتاژ به یک خازن و اندازه‌گیری بار روی صفحه‌ها، نسبت بار Q به ولتاژ V مقدار ظرفیت خازن را می‌دهد و بنابراین به صورت زیر ارائه می‌شود: C = Q / V این معادله همچنین می‌تواند به صورت زیر بازآرایی شود تا فرمول آشنا برای مقدار بار روی صفحه‌ها به دست آید: Q = C × V

ظرفیت خازن (Capacitance of a Capacitor)

ظرفیت، خاصیت الکتریکی یک خازن است و معیاری از توانایی خازن برای ذخیره یک بار الکتریکی روی دو صفحه آن است که واحد ظرفیت فاراد (F) (مخفف F) نامیده می‌شود که به نام فیزیکدان بریتانیایی مایکل فارادی نامگذاری شده است.

ظرفیت به این صورت تعریف می‌شود که یک خازن دارای ظرفیت یک فاراد است زمانی که یک بار یک کولن بر روی صفحه‌ها توسط یک ولتاژ یک ولت ذخیره می‌شود. توجه داشته باشید که ظرفیت، C همیشه در مقدار مثبت است و واحدهای منفی ندارد. با این حال، فاراد واحد اندازه‌گیری بسیار بزرگی برای استفاده به تنهایی است، بنابراین معمولاً از زیر مضارب فاراد مانند میکروفاراد، نانوفاراد و پیکوفاراد استفاده می‌شود.

انواع خازن‌ها

انواع خازن‌های موجود از خازن‌های تریمینگ بسیار کوچک و ظریف استفاده‌شده در مدارهای نوسان‌ساز یا رادیویی، تا خازن‌های نوع قوطی فلزی بزرگ توان مورد استفاده در مدارهای تصحیح و صاف‌کنندگی ولتاژ بالا، متغیر هستند.

مقایسه بین انواع مختلف خازن معمولاً با توجه به دی‌الکتریک استفاده‌شده بین صفحه‌ها انجام می‌شود. مانند مقاومت‌ها، انواع متغیر خازن نیز وجود دارند که به ما اجازه می‌دهند مقدار ظرفیت آن‌ها را برای استفاده در رادیو یا مدارهای نوع “تنظیم فرکانس” تغییر دهیم.

خازن‌های فیلم (Film Capacitors)

خازن‌های فیلم رایج‌ترین نوع در بین تمام انواع خازن هستند که شامل خانواده نسبتاً بزرگی از خازن‌ها با تفاوت در خواص دی‌الکتریک آن‌ها می‌شوند. این موارد شامل پلی‌استر (Mylar)، پلی‌استایرن، پلی‌پروپیلن، پلی‌کربنات، کاغذ متالیزه، تفلون و غیره است. انواع فیلم خازن در محدوده‌های ظرفیت از 5pF تا 100uF بسته به نوع واقعی خازن و رتبه ولتاژ آن در دسترس هستند. خازن‌های فیلم همچنین در مجموعه‌ای از اشکال و سبک‌های case ارائه می‌شوند که شامل موارد زیر هستند:

  • Wrap & Fill (بیضی و گرد): جایی که خازن در یک نوار پلاستیکی محکم پیچیده شده و انتهای آن با اپوکسی پر شده تا مهر و موم شود.
  • Epoxy Case (مستطیلی و گرد): جایی که خازن در یک پوسته پلاستیکی قالب‌گیری‌شده قرار می‌گیرد که سپس با اپوکسی پر می‌شود.
  • Metal Hermetically Sealed (مستطیلی و گرد): جایی که خازن در یک لوله یا قوطی فلزی قرار می‌گیرد و دوباره با اپوکسی مهر و موم می‌شود.

خازن‌های فیلمی که از پلی‌استایرن، پلی‌کربنات یا تفلون به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند، گاهی اوقات “خازن‌های پلاستیکی” نامیده می‌شوند. مزیت اصلی انواع فیلم پلاستیکی خازن در مقایسه با انواع کاغذ آغشته، این است که در شرایط دمای بالا به خوبی کار می‌کنند، تلرانس‌های کوچکتری دارند، عمر خدمتی بسیار طولانی و قابلیت اطمینان بالایی دارند.

خازن فیلم

خازن سرامیکی (Ceramic Capacitor)

خازن‌های سرامیکی یا خازن‌های دیسکی که معمولاً نامیده می‌شوند، با پوشش دادن دو طرف یک دیسک کوچک چینی یا سرامیکی با نقره و سپس چیده شدن آن‌ها روی هم برای ساخت یک خازن ساخته می‌شوند. برای مقادیر ظرفیت بسیار کم، معمولاً از یک دیسک سرامیکی حدود 3-6 میلی‌متر استفاده می‌شود. خازن‌های سرامیکی ثابت دی‌الکتریک بالایی (High-K) دارند و به گونه‌ای در دسترس هستند که می‌توان ظرفیت‌های نسبتاً بالایی را در اندازه فیزیکی کوچک به دست آورد.

خازن سرامیکی

آن‌ها تغییرات غیرخطی بزرگی در ظرفیت در برابر دما نشان می‌دهند و در نتیجه به عنوان خازن‌های دکپلینگ یا بای‌پس استفاده می‌شوند زیرا آن‌ها همچنین دستگاه‌های غیرقطبی شده هستند. خازن‌های سرامیکی مقادیری از چند پیکوفاراد تا یک یا دو میکروفاراد (μF) دارند، اما رتبه ولتاژ آن‌ها معمولاً quite low (کاملاً پایین) است.

خازن‌های الکترولیتی (Electrolytic Capacitors)

خازن‌های الکترولیتی معمولاً زمانی استفاده می‌شوند که مقادیر ظرفیت بسیار بزرگی مورد نیاز است. در اینجا به جای استفاده از یک لایه فیلم فلزی بسیار نازک برای یکی از الکترودها، از یک محلول الکترولیت نیمه مایع به شکل ژله یا خمیر استفاده می‌شود که به عنوان الکترود دوم (معمولاً کاتد) عمل می‌کند.

خازن الکترولیتی

الکترولیت‌ها معمولاً در دو فرم اصلی ارائه می‌شوند؛ خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی و خازن‌های الکترولیتی تانتالیومی.

نشانه‌گذاری خازن‌ها و اهمیت آن

نشانه‌گذاری خازن‌ها برای شناسایی مقادیر و استفاده صحیح آن‌ها در مدارهای الکترونیکی استفاده می‌شود. در اینجا یک تجزیه دقیق از جنبه‌های کلیدی برای در نظر گرفتن ارائه شده است:

در خازن‌های کوچکتر، اغلب فقط مقدار ظرفیت را پیدا می‌کنید. برای خازن‌های بزرگتر، دو پارامتر اصلی نمایش داده می‌شوند: ظرفیت و ولتاژ شکست. ظرفیت معمولاً در میکروفاراد (μF) نشان داده می‌شود. برای مثال، “150μF” به وضوح نشان‌دهنده 150 میکروفاراد است. متناوباً، ممکن است از یک کد سه رقمی مانند “224” استفاده شود که به 220,000 پیکوفاراد (pF) ترجمه می‌شود. این از 22 x 10^4 محاسبه می‌شود. در این کدها: آخرین رقم توان ده را نشان می‌دهد (مثلاً 1-6). اعداد 8 و 9 به ترتیب به مضرب‌های 0.01 و 0.1 تبدیل می‌شوند. این پارامتر حداکثر ولتاژی را که خازن می‌تواند قبل از خرابی تحمل کند، نشان می‌دهد. معمولاً مستقیماً با یک مقدار، مانند “25V” مشخص می‌شود. همچنین، گاهی اوقات خازن‌ها با حرف بزرگ K علامت‌گذاری می‌شوند تا نشان‌دهنده مقدار هزار پیکوفاراد باشند، بنابراین برای مثال، خازنی با علامت‌های 100K برابر با 100 x 1000pF یا 100nF خواهد بود.

خازن‌های قطبی‌شده یک نشانگر واضح برای نشان دادن طرف منفی دارند، اغلب یک نوار رنگی (سفید یا سیاه). این امر نصب صحیح را با برجسته کردن قطبیت تضمین می‌کند. این نشانه‌گذاری‌ها به انتخاب و اعمال صحیح خازن‌ها در مدارها کمک می‌کنند. همچنین می‌تواند از اشتباهات رایج در طراحی‌ها و نصب‌های الکترونیکی جلوگیری کند. قرارگیری و انتخاب صحیح خازن، قابلیت اطمینان دستگاه‌های الکترونیکی را افزایش داده و اجزا را از آسیب احتمالی محافظت می‌کند.

کدهای نشانه‌گذاری خازن

خازن‌ها از سیستم‌های نشانه‌گذاری مختلفی بر اساس نوع، اندازه و مشخصات تولید استفاده می‌کنند. اتحادیه صنایع الکترونیک (EIA) این نشانه‌گذاری‌ها را استاندارد کرده است تا اطمینان حاصل شود که شناسایی یکنواخت در بین تولیدکنندگان و انواع مختلف وجود دارد. استانداردسازی EIA نگهداری، تعمیرات و ادغام خازن‌ها در طراحی‌های الکترونیکی را ساده می‌کند. این ثبات کارایی و قابلیت اطمینان را افزایش می‌دهد.

نشانه‌گذاری‌های غیرکدگذاری‌شده روی خازن‌ها

برای خازن‌های بزرگتر، مشخصاتی مانند ظرفیت و رتبه ولتاژ مستقیماً روی محفظه چاپ می‌شود. این نشانه‌گذاری‌ها غیرکدگذاری‌شده، واضح و بدون مخفف هستند و پارامترها را بلافاصله قابل مشاهده و قابل درک می‌کنند. این روش نشانه‌گذاری مستقیم به کاربران اجازه می‌دهد تا به سرعت و با دقت مشخصات خازن را در طول نصب، نگهداری یا عیب‌یابی ارزیابی کنند. سهولت شناسایی تضمین می‌کند که جزئیات کلیدی همیشه در view (نمای) هستند.

با دید واضح از رتبه‌های ظرفیت و ولتاژ، تصمیم‌گیری سریع و دقیق می‌شود. این امر خطر خطا را کاهش داده و کارایی عملیاتی در تنظیمات الکترونیکی را افزایش می‌دهد. مدیریت دقیق اجزا می‌تواند قابلیت اطمینان و عملکرد سیستم‌های الکترونیکی را حفظ کند.

کدهای نشانه‌گذاری مختصر خازن

در خازن‌های کوچکتر، جایی که فضا محدود است، تولیدکنندگان از کدهای نشانه‌گذاری مختصر استفاده می‌کنند. این کدها از ارقام معنادار و ضریب‌ها برای شناسایی دقیق مقادیر ظرفیت استفاده می‌کنند. این سیستم برای الکترونیک مینیاتوری شده، مانند دستگاه‌های surface-mount، که بهینه‌سازی فضا مورد نیاز است، ایده‌آل است. این کدهای فشرده کمک می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که خازن‌های correct (صحیح) انتخاب و نصب شده‌اند، یکپارچگی و عملکرد دستگاه الکترونیکی را حفظ می‌کنند. علیرغم ماهیت مختصرشان، این نشانه‌گذاری‌ها نیاز به آشنایی قوی با قراردادهای کدگذاری استاندارد دارند تا از خطا در انتخاب و کاربرد جزء اجتناب شود.

کدهای رنگی خازن

برای کاهش سردرگمی regarding (نسبت به) حروف، اعداد و اعشار، یک طرح کدگذاری رنگی بین‌المللی سال‌ها پیش به عنوان یک راه ساده برای شناسایی مقادیر و تلرانس‌های خازن توسعه داده شد. این سیستم شامل نوارهای رنگی (به ترتیب طیفی) است که معمولاً به عنوان سیستم کدهای رنگی خازن شناخته می‌شوند.

کد رنگی خازن

جدول کد رنگی خازن

به طور کلی کد از 2 یا 3 عدد و یک کد حرفی تلرانس اختیاری برای شناسایی تلرانس تشکیل شده است. جایی که از کد دو رقمی استفاده می‌شود، فقط مقدار خازن بر حسب پیکوفاراد داده می‌شود، برای مثال، 47 = 47 pF و 100 = 100pF و غیره. یک کد سه حرفی شامل دو رقم مقدار و یک ضریب است، بسیار شبیه به کدهای رنگی مقاومت در بخش مقاومت‌ها.

جدول کد رنگی

جدول کد رنگی ولتاژ خازن

همچنین می‌توان رتبه ولتاژ را از این طریق تعیین کرد.

جدول ولتاژ

مرجع ولتاژ خازن

Type J – خازن‌های تانتالیومی غوطه‌ور شده. Type K – خازن‌های میکا. Type L – خازن‌های پلی‌استر/پلی‌استایرن. Type M – خازن‌های الکترولیتی 4 نواره. Type N – خازن‌های الکترولیتی 3 نواره.

مثال

مقدار ظرفیت، رتبه ولتاژ و تلرانس را در خازن زیر مشخص کنید.

مثال کد رنگی

ظرفیت: 10 نانوفاراد تلرانس: 20% رتبه ولتاژ: 100 ولت

کدهای تلرانس خازن

خازن‌ها از کدهای تلرانس، بسیار شبیه به مقاومت‌ها، که توسط اتحادیه صنایع الکترونیک (EIA) استاندارد شده‌اند، استفاده می‌کنند. این کدها نشان می‌دهند که ظرفیت واقعی چقدر ممکن است از مقدار علامت‌گذاری‌شده انحراف داشته باشد. این دقت برای طراحی و نگهداری مدارهای با دقت بالا ایده‌آل است.

کدهای تلرانس

برای مثال خازن زیر را در نظر بگیرید:

مثال کد تلرانس

خازن سمت چپ از نوع خازن دیسک سرامیکی است که کد 473J روی بدنه آن چاپ شده است. سپس 4 = رقم اول، 7 = رقم دوم، 3 ضریب در پیکوفاراد، pF است و حرف J تلرانس است و این به صورت زیر ترجمه می‌شود: 47pF × 1,000 (3 صفر) = 47,000 pF, 47nF یا 0.047uF. J نشان‌دهنده تلرانس +/- 5٪ است.

کدهای ولتاژ کاری خازن

رتبه ولتاژ روی یک خازن حداکثر ولتاژی را که می‌تواند به طور ایمن تحمل کند، نشان می‌دهد. این پارامتر ایمنی و عملکرد را تضمین می‌کند، زیرا از خرابی‌های ناشی از over-voltage که می‌تواند هم خازن و هم مدار اطراف را آسیب برساند، جلوگیری می‌کند.

کدهای ولتاژ کاری

کدهای ضریب دمایی روی خازن‌ها

خازن‌ها اغلب نشانه‌هایی دارند که ضرایب دمایی آن‌ها را نشان می‌دهد، که نشان می‌دهد ظرفیت چگونه با دما تغییر می‌کند. این کدها برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد consistent (ثابت) علی‌رغم نوسانات دما دارند، مانند مدارهای الکترونیکی دقیق، استفاده می‌شوند.

کدهای ضریب دمایی کمک می‌کنند تا اطمینان حاصل شود که

کدهای ضریب دمایی روی خازن‌ها (Temperature Coefficient Codes on Capacitors)

خازن‌ها اغلب نشانه‌هایی دارند که ضرایب دمایی (Temperature Coefficients) آن‌ها را نشان می‌دهد. این کدها نحوه تغییر ظرفیت خازن با دما را نمایش می‌دهند. از این کدها در کاربردهایی که به عملکرد پایدار و یکنواخت بدون توجه به نوسانات دما نیاز است، مانند مدارهای الکترونیکی دقیق (precision electronic circuits)، استفاده می‌شود.

کدهای ضریب دمایی به اطمینان از عملکرد قابل اعتماد دستگاه‌های الکترونیکی تحت شرایط محیطی متغیر کمک می‌کنند. دانستن نحوه انتخاب خازن‌ها بر اساس این کدها می‌تواند پایداری و عملکرد را در کاربردهای حساس به دما حفظ کند.

کدهای ضریب دمایی

نشانه‌گذاری قطبیت خازن (Capacitor Polarity Markings)

از نشانه‌گذاری قطبیت هنگام استفاده از خازن‌های قطبی‌شده (polarized capacitors)، مانند انواع الکترولیتی و تانتالیومی، استفاده می‌شود. این خازن‌ها نشانگرهای قطبیت واضحی، مانند علامت‌های مثبت (+) و منفی (-) یا یک نوار متمایز، دارند تا نصب صحیح آن‌ها در مدارها را راهنمایی کنند.

هم‌تراز کردن این نشانه‌گذاری‌های قطبیت با قطبیت مدار می‌تواند از آسیب‌های ناشی از قرارگیری معکوس (reverse insertion) جلوگیری کند. شناسایی سریع و دقیق و هم‌ترازی این نشانه‌ها در حین نصب، عملکرد صحیح خازن‌ها را تضمین می‌کند.

نشانه‌گذاری برای انواع مختلف خازن‌ها (Markings for Different Types of Capacitors)

کدهای مواد برای خازن‌های فیلم پلاستیکی (Material Codes for Plastic Film Capacitors)

خازن‌هایی که از دی‌الکتریک فیلم پلاستیکی استفاده می‌کنند با استفاده از کدهای زیر شناسایی می‌شوند:

MKT     پلی‌استر متالیزه (Metallised Polyester - PETP)
KS       فویل/فیلم پلی‌استایرن (Polystyrene film/foil)
MKC     پلی‌کربنات متالیزه (Metallised Polycarbonate)
KP       فویل/فیلم پلی‌پروپیلن (Polypropylene film/foil)
KT       فویل/فیلم پلی‌استر (Polyester film/foil)
MKP     پلی‌پروپیلن متالیزه (Metallised polypropylene)

کدگذاری رنگی ضریب دمایی برای خازن‌های سرامیکی (Ceramic Capacitor Colour coding for Temperature Coefficient)

خازن‌هایی که از دی‌الکتریک پلاستیکی استفاده می‌کنند، ضریب دمایی (tempco) بسیار پایینی دارند، ظرفیت آن‌ها به ندرت با دما تغییر می‌کند و عموماً می‌توان آن‌ها را “پایدار” در نظر گرفت. however این موضوع در مورد بسیاری از انواع سرامیکی صادق نیست. بسیاری از مواد سرامیکی یک tempco منفی تولید می‌کنند، جایی که ظرفیت با افزایش دما کاهش می‌یابد، در حالی که تعداد کمی tempco مثبت می‌دهند که در آن ظرفیت با افزایش دما افزایش می‌یابد.

با ترکیب دقیق مواد، تولیدکنندگان می‌توانند سرامیکی تولید کنند که tempco بسیار نزدیک به صفر می‌دهد، اما ثابت دی‌الکتریک حاصل نیز نسبتاً پایین است. به همین دلیل است که چنین خازن‌های ‘NP0’ معمولاً فقط در مقادیر نسبتاً کم - معمولاً کمتر از حدود 200pF - در دسترس هستند.

کد رنگ

از نوارهای رنگی زیر روی خازن‌های سرامیکی برای نشان دادن tempco آن‌ها استفاده می‌شود. توجه داشته باشید که ‘P’ نشان‌دهنده tempco مثبت و ‘N’ نشان‌دهنده tempco منفی است و عدد نشان‌دهنده parts per million (قسمت در میلیون) در هر درجه سانتی‌گراد است.

کد رنگ ضریب دمایی سرامیکی

خازن‌های الکترولیتی (Electrolytic Capacitors)

خازن‌های الکترولیتی از توانایی برخی اکسیدهای فلزی برای عمل به عنوان یک عایق عالی (در ولتاژهای پایین) و همچنین تشکیل یک ماده دی‌الکتریک با ثابت دی‌الکتریک ‘K’ بسیار بالا استفاده می‌کنند. رایج‌ترین خازن‌های الکترولیتی از اکسید آلومینیوم به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کنند، اما انواع خاص و با نشت (leakage) کم معمولاً از اکسید تانتالیوم استفاده می‌کنند.

عیب اصلی خازن‌های الکترولیتی این است که خواص عایقی و دی‌الکتریک اکسیدهای فلزی به قطبیت حساس هستند، بنابراین بیشتر خازن‌های الکترولیتی باید طوری به مدار وصل شوند که ولتاژ همیشه با قطبیت صحیح (که روی بدنه آن‌هاشده است) به آن‌ها اعمال شود. تنها استثنا خازن‌های الکترولیتی ‘غیر قطبی’ یا دوطرفه (bipolar - BP) هستند که در واقع دو خازن الکترولیتی هستند که به صورت پشت به پشت سری شده‌اند.

از آنجایی که لایه دی‌الکتریک اکسید در خازن‌های الکترولیتی بسیار نازک است، این خازن‌ها مستعد شکست (breakdown) در ولتاژهای بالاتر هستند. بنابراین تمام خازن‌های الکترولیتی از نظر حداکثر ولتاژ کاری ایمن خود به وضوح علامت‌گذاری شده‌اند.

در بیشتر موارد، خازن‌های الکترولیتی مقدار ظرفیت خود را نیز مستقیماً روی محفظه نشان می‌دهند.

خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی (Aluminium Electrolytic Capacitors)

سه نوع رایج خازن الکترولیتی آلومینیومی در حال استفاده، نوع محوری (axial-lead) یا RT، نوع رادیال (radial-lead) یا RB (برای نصب عمودی روی بردهای PCB) و نوع نصب روی شاسی (chassis-mounting) یا RG هستند. همچنین variationی بر نوع RB به نام RP وجود دارد که دارای یک lead سوم برای جهت‌گیری و پشتیبانی اضافی است.

خازن‌های الکترولیتی تانتالیومی (Tantalum Electrolytic Capacitors)

رایج‌ترین نوع خازن الکترولیتی تانتالیومی در حال استفاده، نوع جامد یا TAG تانتالیومی است که در آن دی‌الکتریک اکسید تانتالیوم روی سطح یک بلوک جامد از دانه‌های تانتالیوم sintered شده تشکیل می‌شود. این خازن‌ها نشت کم و ظرفیت بسیار بالایی در حجم بسیار کوچکی ارائه می‌دهند، اما به ولتاژهای کاملاً پایینی - typically کمتر از 33V - محدود شده‌اند.

نتیجه‌گیری (Conclusion)

در این مینی‌پروژه، ابتدا مقاومت‌ها و انواع آن‌ها بر اساس مقادیر مقاومتی را معرفی کردیم. سپس، مقادیر استاندارد مقاومت، سری E و کدهای رنگی مقاومت را که معمولاً از چهار یا پنج نوار رنگی تشکیل شده‌اند، مورد بحث قرار دادیم. بعد از آن، به سراغ خازن‌ها رفتیم. پس از معرفی انواع مختلف خازن‌ها، کدهای نشانه‌گذاری خازن از جمله کدهای رنگی، کدهای تلرانس و کدهای دمایی و غیره را بررسی کردیم. علاوه بر این، توضیح مفصلی در مورد برچسب‌گذاری هر نوع خازن ارائه دادیم.

در نهایت، با درک این موضوعات، می‌توان به راحتی اطلاعات عملی و مفیدی هنگام کار با مقاومت‌ها یا خازن‌ها به دست آورد.

منابع (Sources)