خازن چیست و چگونه کار میکند؟ (آموزش جامع انواع خازن + کاربردها به زبان ساده)

جلسه پنجم | دوره رایگان مسیر صفر تا صد الکترونیک

نویسنده: مهندس هادی روشن پور، با بیش از ۱۰ سال تجربه عملی در طراحی و تعمیر بردهای الکترونیکی صنعتی و مصرفی (از پاورهای سوئیچینگ تا مدارهای پزشکی).

✅ جعبه ایمنی (Safety First – الزامی بخوانید!)

⚠️ هشدار جدی: خازن‌ها می‌توانند کشنده باشند! خازن‌های ولتاژ بالا (بالای ۱۰۰ ولت) حتی پس از خاموش کردن مدار، انرژی ذخیره‌شده را نگه می‌دارند و با انفجار یا شوک الکتریکی شدید، جراحت یا مرگ ایجاد می‌کنند. هرگز بدون دشارژ امن خازن را لمس نکنید. از ابزار دشارژر (مقاومت ۱kΩ-۱۰kΩ) استفاده کنید و با مولتی‌متر ولتاژ صفرشده را قبل از هرکاری ببینید. در تعمیرات، همیشه عینک ایمنی و دستکش عایق بپوشید. این مقاله آموزشی است؛ برای کارهای عملی، از متخصص مشورت بگیرید، چنانچه از انجام هر آزمایشی واهمه دارید، سوالاتتان را در بخش نظرات بپرسید تا از خطرناک بودن و بی خطر بودن آزمایشتان، مشاوره صورت بگیرد.

خلاصه ایمنی مهم: خازن = باتری موقت. قبل لمس = دشارژ کن!

🔻 محل قرارگیری ویدیو: بلافاصله پس از جعبه ایمنی

🔻 موضوع ویدیو: دشارژ امن خازن ولتاژ بالا

🔻 سناریوی ویدیو (۲ دقیقه): دقیقه ۰:۰۰ – معرفی خازن ۴۷۰μF/۴۰۰V از پاور TV؛ دقیقه ۰:۳۰ – اتصال مقاومت ۱۰kΩ با تمساح‌ها (نمایش جرقه کوچک)؛ دقیقه ۱:۰۰ – چک با مولتی‌متر (از ۳۸۰V به ۰V)؛ دقیقه ۱:۳۰ – لمس ایمن با پیچ‌گوشتی؛ دقیقه ۲:۰۰ – نتیجه: “حالا ایمن است!” (ضبط با موبایل روی میز کار واقعی).

🔻 هدف آموزشی ویدیو: جلوگیری از شوک و انفجار در تعمیرات خانگی.

---

خازن چیست؟ (لایه مبتدی – بدون فرمول)

خلاصه خیلی کوتاه: خازن مثل یک “کیسه انعطاف‌پذیر انرژی” است که برق را موقتاً ذخیره می‌کند، مثل فنر ماشین که ضربه را جذب می‌کند. شارژ می‌شود (انرژی می‌گیرد)، دشارژ می‌شود (انرژی می‌دهد) و بیشترین کاربردش در مدارها صاف‌کننده، فیلتر و زمان‌سنج است.

خازن چیست؟ تصور کنید در حال رانندگی هستید و جاده ناهموار می‌شود. فنرهای تعلیق ماشین، ضربه‌ها را “ذخیره و نرم” می‌کنند تا سواری ماشین راحت باشد. خازن هم در مدارهای الکترونیکی همین کار را می‌کند: نوسانات برق را جذب و صاف می‌کند.

دو صفحه فلزی موازی (الکترودها)، با یک عایق نازک بین‌شان (دی‌الکتریک). وقتی ولتاژ وصل می‌شود، الکترون‌ها روی یک صفحه جمع می‌شوند (شارژ مثبت/منفی) و انرژی الکتریکی ذخیره می‌شود. وقتی ولتاژ قطع شود، انرژی آرام‌آرام آزاد می‌شود.

تشبیهی دیگر: پارکینگ طبقاتی انرژی

برق مثل ماشین‌هاست که وارد پارکینگ (خازن) می‌شود. هر طبقه = ظرفیت بیشتر. ماشین‌ها (شارژ) جمع می‌شوند، بعد یکی‌یکی خارج می‌شوند (دشارژ). لنگ می‌زند: پارکینگ بی‌نهایت ماشین نگه نمی‌دارد (ظرفیت محدود) و خروج فوری نیست (مقاومت داخلی).

تعریف علمی خازن با زبانی ساده:

تعاریف و تشبیه‌های بالا برای درک بهتر خازن چیست می‌باشد، باید کمی هم مهندسی تر به قضیه نگاه کنیم؛ خازن یک قطعهٔ الکترونیکی است که با جدا نگه‌داشتن بارهای الکتریکی (+ و -) روی دو صفحهٔ رسانا و یک لایهٔ عایق بین آن‌ها، انرژی الکتریکی را به‌صورت موقت ذخیره می‌کند.

وقتی ولتاژ به خازن اعمال می‌شود، بار الکتریکی در آن جمع می‌شود (شارژ) و با کاهش یا قطع ولتاژ، این انرژی ذخیره‌شده به مدار بازمی‌گردد (دشارژ).

اگر فقط همین را بدانید کافی است:

1. ذخیره موقت: برق را لحظه‌ای ذخیره می‌کند تا اگر ولتاژ افت کرد، جبران کند.
2. صاف کردن: نویز و نوسانات برق را می‌گیرد (مثل کمک‌فنر ماشین).
3. عبور فقط AC: اجازه می‌دهد جریان متناوب (AC) در حالت پایدار رد شود اما جلوی جریان مستقیم (DC) را می‌گیرد.

چرا خازن اجازه عبور جریان مستقیم دی سی (DC) را نمی‌دهد؟

• خازن از دو صفحهٔ رسانا و یک عایق (دی‌الکتریک) تشکیل شده است.
• در جریان مستقیم (DC)، ولتاژ ثابت است؛بنابراین خازن پس از مدت کوتاهی کاملاً شارژ می‌شود.
• پس از شارژ کامل، دیگر تغییری در بار الکتریکی صفحات رخ نمی‌دهد.
• چون جریان برابر با «نرخ تغییر بار» است، وقتی تغییر باری وجود نداشته باشد،جریان DC برابر صفر می‌شود.

---

خازن چگونه کار می‌کند؟ (شارژ، دشارژ و مثال واقعی)

خلاصه کوتاه این بخش: خازن با DC (جریان مستقیم) شارژ می‌شود و با AC (جریان متناوب) نوسان می‌کند. مثل باتری موقت فلش دوربین.

در DC (مثل باتری)، خازن سریع شارژ می‌شود (ثابت می‌ماند) و دشارژ آرام (زمان می‌برد). در AC (مثل برق شهری)، مدام شارژ/دشارژ می‌شود و اجازه عبور می‌دهد (فیلتر).

🔻 محل قرارگیری ویدیو: اینجا

🔻 موضوع ویدیو: تفاوت AC و DC با خازن واقعی

🔻 سناریوی ویدیو (۱:۳۰ دقیقه): دقیقه ۰:۰۰ – LED با باتری DC (ثابت روشن)؛ دقیقه ۰:۳۰ – خازن ۱۰۰μF موازی LED (روشن آرام خاموش)؛ دقیقه ۱:۰۰ – AC ژنراتور کوچک با خازن (نوسان LED)؛ دقیقه ۱:۳۰ – نتیجه: “DC شارژ، AC نوسان”.

🔻 هدف آموزشی ویدیو: درک عملی شارژ/دشارژ بدون فرمول.

تجربه شخصی ۱ (خرابی رایج): در تعمیر برد مادربرد لپ‌تاپ Dell، خازن‌های الکترولیتی 1000μF/16V خراب شده بودند. ظاهراً سالم، اما نشتی الکترولیت باعث اتصال کوتاه شده بود. با تعویض خازن Low-ESR، برد احیا شد.

جدول اشتباهات رایج و راه حل‌های انتخاب خازن در طراحی برد الکترونیکی.

اشتباه رایج	نشانهٔ عملی در مدار	دلیل فنی واقعی	راه‌حل صحیح
انتخاب ولتاژ نامی پایین‌تر از ولتاژ مدار	داغ‌شدن یا ترکیدن خازن	رسیدن ولتاژ کاری به حد شکست دی‌الکتریک	انتخاب ولتاژ نامی حداقل ۲ برابر ولتاژ کاری مدار
انتخاب ظرفیت کمتر از مقدار موردنیاز	نویز، ریپل یا اعوجاج صوتی	انرژی ذخیره‌شده ناکافی برای صاف‌سازی ولتاژ	محاسبه ظرفیت بر اساس جریان بار و ریپل مجاز
استفاده از خازن الکترولیتی در مسیر سیگنال یا RF	تضعیف یا قطع سیگنال	ESR و اندوکتانس بالای خازن الکترولیتی	استفاده از خازن سرامیکی یا فیلم با ESR پایین
نادیده‌گرفتن ESR خازن	گرم‌شدن، افت ولتاژ، خرابی زودرس	تلفات اهمی بالا در فرکانس کاری	انتخاب خازن Low-ESR متناسب با فرکانس
انتخاب خازن بدون توجه به دما	کاهش عمر یا خرابی سریع	کارکرد بالاتر از دمای نامی	انتخاب خازن ۱۰۵°C یا ۱۲۵°C در کاربردهای صنعتی

---

انواع خازن (مقایسه کامل)

خلاصه‌ای کوتاه برای این بخش: الکترولیتی (ارزان، بزرگ، DC)، سرامیکی (کوچک، AC)، تانتالیوم (پایدار، گران).

نوع خازن	ظرفیت (μF)	ولتاژ max	مزایا	معایب	کاربرد واقعی
الکترولیتی	۱–۱۰۰۰۰	۶.۳–۴۵۰V	ارزان، ظرفیت بالا	قطبی، عمر محدود	صاف‌کننده پاور
سرامیکی	۱pF–۱۰μF	تا ۳kV	کوچک، ESR کم	ظرفیت دما-حساس	دکوپلاژ IC
تانتالیوم	۰.۱–۱۰۰۰	۶–۵۰V	پایدار، کوچک	گران، انفجاری	مدارهای نظامی
فیلم (پلی‌استر)	۰.۰۰۱–۱۰	تا ۱kV	دقیق، AC خوب	بزرگ	تایمرها
SMD	همه	همه	جای کم PCB	لحیم ظریف	موبایل/لپ‌تاپ

با استفاده از این ابزار همیشه به راحتی میتوانید مقدار دقیق ولتاژ نامی خازن را برای هر مداری با هر ولتاژی به راحتی پیدا کنید.

کاربرد هر نوع خازن در مدارهای واقعی
الکترولیتی: فیلتر خروجی SMPS (پاور کامپیوتر)
سرامیکی: دکوپلاژ کنار پین VCC آی‌سی (جلسه ۳)
تانتالیوم: مدارهای دقیق ساعت دیجیتال
فیلم: صافی صوتی آمپلی‌فایر

🔻 محل قرارگیری ویدیو: اینجا

🔻 موضوع ویدیو: جایگذاری خازن دکوپلاژ کنار آی‌سی

🔻 سناریوی ویدیو (۱ دقیقه): دقیقه ۰:۰۰ – PCB خالی با op-amp؛ دقیقه ۰:۲۰ – لحیم ۰.۱μF سرامیکی بین VCC-GND؛ دقیقه ۰:۴۰ – تست نویز قبل/بعد (اسیلوسکوپ)؛ دقیقه ۱:۰۰ – “نویز ۹۰% کم شد!”.

🔻 هدف آموزشی ویدیو: جلوگیری از نویز در طراحی PCB.

تجربه شخصی ۲ (اشتباه رایج): یک مبتدی در پروژه LED درایور، خازن 10μF/25V را برای مدار 36V استفاده کرد. خازن ترکید! درسی که باید گرفت: همیشه ولتاژ نامی ۱.۵–۲ برابر انتخاب کنید (Derating).

---

کد عددی خازن چیست و چگونه خوانده می‌شود؟

کد عددی خازن روشی استاندارد برای نمایش مقدار ظرفیت خازن روی بدنه آن است. در بسیاری از خازن‌های سرامیکی و فیلم، به‌دلیل محدودیت فضا، مقدار ظرفیت به‌صورت مستقیم (مثل nF یا µF) نوشته نمی‌شود و به‌جای آن از یک کد عددی سه‌رقمی استفاده می‌شود. آشنایی با نحوه خواندن کد عددی خازن برای طراحی، عیب‌یابی و تعمیر بردهای الکترونیکی کاملاً ضروری است.

ساختار کد عددی خازن

کد عددی خازن معمولاً شامل سه رقم است:

• دو رقم اول: مقدار پایه ظرفیت
• رقم سوم: تعداد صفرها (ضریب ده‌دهی)
• واحد مرجع: پیکوفاراد (pF)

فرمول محاسبه مقدار کد عددی خازن برای پیدا کردن مقدار ظرفیت:

ظرفیت خازن = (دو رقم اول) × 10^(رقم سوم) پیکوفاراد

مثال‌های رایج کد عددی خازن

• 102 → 10 × 10² = 1000 pF = 1 nF
• 103 → 10 × 10³ = 10000 pF = 10 nF
• 104 → 10 × 10⁴ = 100000 pF = 100 nF
• 224 → 22 × 10⁴ = 220000 pF = 220 nF
• 475 → 47 × 10⁵ = 4,700,000 pF = 4.7 µF

این کدها از رایج‌ترین کدهای عددی خازن در بردهای SMD و صنعتی هستند.

حروف تلرانس در کنار کد عددی خازن

در برخی خازن‌ها، بعد از کد عددی، یک حرف تلرانس نیز درج می‌شود که دقت ظرفیت خازن را مشخص می‌کند

• J = ±5٪
• K = ±10٪
• M = ±20٪

مثال:

104K یعنی خازنی با ظرفیت 100 نانوفاراد و تلرانس ±10٪

چرا محاسبه دقیق کد عددی خازن مهم است؟

خواندن اشتباه کد عددی خازن می‌تواند باعث:

• انتخاب نادرست خازن جایگزین
• افزایش نویز یا ریپل ولتاژ
• ناپایداری یا خرابی مدار شود

به‌خصوص در تعمیرات بردهای SMD، استفاده از ابزار محاسبه کد عددی خازن خطاهای انسانی در تبدیل pF، nF و µF را به‌طور کامل حذف می‌کند.

در ادامه این صفحه می‌توانید مقدار واقعی ظرفیت خازن را فقط با وارد کردن کد عددی خازن، به‌صورت آنلاین و دقیق محاسبه کنید.

✅ نکته حرفه‌ای تعمیراتی:

در کنار مقدار به‌دست‌آمده از کد عددی خازن، حتماً ولتاژ نامی، نوع دی‌الکتریک و ESR خازن را نیز بررسی کنید؛ خازن‌هایی با ظرفیت یکسان می‌توانند عملکرد کاملاً متفاوتی در مدار داشته باشند.

ابزار مبدل آنلاین کد خازن

با این ابزار دیگر هیچگاه، هیچ اشتباهی در محاسبه‌ی کد عددی خازن ها نخواهید داشت.

---

🔧 بخش تخصصی: ESR، Ripple و طراحی حرفه‌ای (برای تعمیرکارها و مهندسان)

این بخش برای شماست اگر برد تعمیر می‌کنید یا PCB طراحی می‌کنید. لایه مبتدی را رد کرده‌اید؟

ESR (Equivalent Series Resistance): مقاومت داخلی خازن که گرما و ریپل ایجاد می‌کند. خازن سالم ظرفیت OK، اما ESR بالا = خراب.

تجربه شخصی ۳: در تعمیر پاور سوئیچینگ ۱۲V صنعتی، خازن ۲۲۰۰μF/۲۵V ظرفیت ۲۱۰۰μF داشت (سالم)، اما ESR=۰.۵Ω (باید <۰.۰۵Ω) باعث ریپل ۲Vpp شده بود. تعویض با Low-ESR، ریپل به ۵۰mV رسید.

پارامترهای مهم خازن	ظرفیت ©	ولتاژ (V)	ESR	Ripple Current
واحد	μF/F	V	Ω/mΩ	A rms
اهمیت	ذخیره انرژی	تحمل فشار	اتلاف گرما	تحمل AC

$$X_C = \frac{1}{2\pi f C}$$XC​=2πfC1​ (راکتانس – مقاومت AC خازن، f=فرکانس).

ابزار تعاملی: محاسبه ESR خازن

[لینک ohmika.com/esr-calc] – برای چک ریپل در SMPS. جلوی انتخاب خازن نامناسب را می‌گیرد.

ابزار تعاملی: محاسبه راکتانس خازی

[لینک ohmika.com/reactance] – در فیلترها. اشتباه فرکانس بالا را اصلاح می‌کند.

جانمایی PCB: خازن دکوپلاژ <۵mm از پین IC، مسیر GND کوتاه. Derating: در ۸۵°C، ظرفیت ۸۰% نامی.

🔻 محل قرارگیری ویدیو: اینجا

🔻 موضوع ویدیو: تست ESR خازن سالم و خراب

🔻 سناریوی ویدیو (۲ دقیقه): دقیقه ۰:۰۰ – دستگاه ESR متر (DE-5000)؛ دقیقه ۰:۳۰ – خازن نو (ESR=۲۰mΩ)؛ دقیقه ۱:۰۰ – خازن قدیمی (ESR=۱Ω، نمایش ریپل اسیلوسکوپ)؛ دقیقه ۱:۴۵ – جدول مقایسه.

🔻 هدف آموزشی ویدیو: تشخیص خرابی نامرئی ESR.

⚠️ هشدار ایمنی قبل تست: همیشه دشارژ کنید! مولتی‌متر در حالت DCV چک کنید.

خرابی‌های رایج خازن	علائم	علت	راه‌حل
بادکردگی/نشتی	ریپل صوتی، خاموشی	گرمای بیش	تعویض Low-ESR
ESR بالا	نویز، گرما	پیری	تست ESR متر
ظرفیت کم	زمان‌بندی غلط	خشک شدن	ظرفیت ۲۰% تلرانس OK

🔻 محل قرارگیری تصویر: پس از جدول

🔻 موضوع تصویر: تست ESR روی برد پاور

🔻 پرامپت: “فوتورئال: دست با دستکش در حال تست ESR خازن بادکرده روی برد پاور سوئیچینگ با دستگاه DE-5000، اسیلوسکوپ ریپل، متن فارسی ‘تست ESR خازن خراب’ قرمز، ‘خازن چیست و چگونه کار میکند؟’ زرد، واترمارک ohmika.com.”

ALT: تست ESR خازن در تعمیر برد – تشخیص خرابی با علائم ریپل و گرما.

تست و عیب‌یابی:

۱. ظاهری: باد، نشتی.

۲. مولتی‌متر: ظرفیت، ESR.

۳. مدار: ریپل با اسیلوسکوپ.

---

کاربردهای خازن در دنیای واقعی

• فیلتر پاور: صاف ریپل (جلسه ۲).
• تایمر: RC مدار (با مقاومت جلسه ۴).
• دکوپلاژ: نویز IC.
• کوپلاژ: عبور AC، بلاک DC.

کادر خلاصه (اگر فقط این رو بدونی کافیه): خازن = ذخیره موقت انرژی. الکترولیتی برای DC بزرگ، سرامیکی برای سرعت.

---

منابع علمی و دانشگاهی (برای مطالعه بیشتر)

• MIT OpenCourseWare: Circuits and Electronics (Lecture on Capacitors)
• Stanford Engineering: Capacitor Fundamentals
• University of Cambridge – Electronics: Capacitor Behavior
• Analog Devices: Electrolytic Capacitor Selection
• Texas Instruments: App Note on ESR and Ripple
• IEEE Xplore: Capacitor Reliability Papers

این مقاله بر اساس ۱۰+ سال تجربه تعمیر ۱۰۰۰+ برد + منابع فوق نوشته شد. سؤال دارید؟ کامنت بگذارید!

به‌روزرسانی: ۱۴۰۴/۱۰/۱۱

---

این جلسه در کجای دوره رایگان مسیر صفر تا صد الکترونیک قرار دارد؟

این جلسه پنجم است و بر پایه جلسات قبلی ساخته شده:

• جلسه 1: تفاوت ولتاژ و جریان به زبان ساده
• جلسه 2: آموزش قانون اهم و توان
• جلسه 3: ساختار برد الکترونیکی
• جلسه 4: مقاومت الکتریکی چیست؟
• جلسه 5: شما الان اینجا هستید.

بعدی: دیودها و ترانزیستورها.