کاربرد و عملکرد خازن کوپلاژ

خازن امروزه به عنوان یکی از مهم ترین قطعات در مدارات الکترونیکی شناخته می شود و در نحوه عملکرد مدارها نقش تاثیرگذاری دارد. خازن ها با ذخیره کردن انرژی در خود شارژ می شوند؛ یا به عبارت دیگر بار الکتریکی را در خود ذخیره می کنند. خازن ها دارای انواع مختلفی هستند. یکی از آن ها خازن کوپلاژ است که در این مقاله مورد بررسی قرار خواهیم داد.

خازن کوپلاژ چیست ؟‌

خازن ها دارای انواع مختلفی می باشند که هر کدام دارای ویژگی های مختلفی هستند و در مدار های مخصوص مورد استفاده قرار می گیرند. خازن کوپلاژ نمونه ای از خازن های پرکاربرد هستند. این نمونه از خازن ها، برای زمان هایی کاربرد دارند که می خواهیم از مدار، سیگنال AC را عبور دهیم و از عبور سیگنال DC که به صورت ناخواسته عبور می کند، جلوگیری کنیم.

در برخی از مدارهای الکترونیکی، همانند مدارهایی که در دستگاه های صوتی قرار دارند، در صورتی که سیگنال DC از آنها عبور کند نویز زیادی را تولید می کنند و باعث می شود که صدا با کیفیت پایین از دستگاه خارج شود. به همین دلیل از خازن کوپلاژ استفاده می شود تا جلوی این عمل گرفته شود .

نحوه عملکرد خازن کوپلاژ

خازن ها زیرمجموعه ای از قطعات بردهای الکترونیکی می باشند و نقش بسیار کلیدی و مهمی دارند. این نمونه از خازن ها در مدارها برای عبور دادن سیگنال های AC و جلوگیری از عبور سیگنال های DC مورد استفاده قرار می گیرند. کاربرد خازن کوپلاژ در مدارات الکترونیکی بسیار زیاد است. از مهم ترین پارامترهایی که برای خازن تعریف می شود، ظرفیت خازن است.

در این بخش قصد داریم که با استفاده از روابط فیزیکی حاکم، نحوه عملکرد علمی خازن کوپلاژ را شرح دهیم. همان طور که می دانید، مقاومت خازنی یا همان راکتانس با استفاده از رابطه زیر محاسبه می شود :

xc=1/2πfc

که نمادهای استفاده شده، نشان دهنده موارد زیر می باشند:

• C : ظرفیت خازن
• F : فرکانس
• Xc : راکتانس خازن

از این رابطه به راحتی می توان اثبات کرد که فرکانس عبوری از خازن با مقاومت آن دارای رابطه معکوس است. (مقادیر صورت کسر و همچنین مقدار πC ۲  ثابت می باشند، پس xc  با f رابطه معکوس دارد)

در خازن کوپلاژ مقاومت خازنی در ولتاژی که سیگنال DC عبور می کند، یعنی زمانی که فرکانس صفر است (f=0) ، دارای مقدار خیلی زیادی است. به همین دلیل اجازه عبور این نوع سیگنال را از مدار نمی دهد. به عبارت دیگر در زمانی که فرکانس صفر است ( یعنی زمانی که سیگنال DC در حال عبور است ) مقاومت خازن افزایش پیدا می کند و اجازه عبور این نوع از سیگنال را نمی دهد. به دلیل همین ویژگی از این خازن ها در مدار های مختلفی استفاده می شود و کاربرد زیادی دارند.

به طور کلی خازن کوپلاژ در دسته ی خازن های کوپلینگ قرار دارد. اصلی ترین کاربرد خازن کوپلاژ این است که می توانند سیگنال های DC را بلاک کنند و از تلف شدن انرژی و همچنین تجمع بار بیش از حد در مدارات الکترونیکی دیجیتال جلوگیری کنند.

کاربرد خازن کوپلاژ

تا اینجا با خازن های کوپلاژ و نحوه عملکرد آنها آشنا شدیم. در این بخش در رابطه با کاربرد خازن کوپلاژ بحث خواهیم کرد.

۱ ) همان طور که در بخش قبل هم اشاره کردیم، خازنهای کوپلاژ در بسیاری از دستگاه های صوتی مورد استفاده قرار می گیرند. در بیشتر مدار های صوتی و یا تقویت کننده های فرکانسی، برای اینکه بتوان از عبور سیگنال DC از مدار جلوگیری کرد، از خازن کوپلاژ استفاده می شود. زیرا همان طور که با فرمول های فیزیکی این موضوع را اثبات کردیم، در زمانی که فرکانس صفر است و قرار است سیگنال DC عبور کند، مقاومت این خازن افزایش پیدا می کند و در نتیجه اجازه عبور این نوع سیگنال را از مدار نمی دهد .

این کار باعث می شود صدایی که از دستگاه های صوتی همانند اسپیکر ها و … خارج می شود، بدون نویز و با کیفیت باشد. شاید برای شما نیز اتفاق افتاده باشد که صدای خوبی را از دستگاه دریافت نمی کنید؛ این اتفاق زمانی می افتد که سیگنال DC از مدار عبور کرده است و خازن استفاده شده در مدار دستگاه نمی تواند این نوع از سیگنال را بلاک کند.

۲ ) یکی دیگر از کاربرد خازن کوپلاژ در سیستم مخابراتی PLC است. در این نوع سیستم ها به دلیل اینکه اتصال مستقیم بین خازن کوپلاژ CD و سیستم PLC به خطوط مخابراتی فشار قوی ممکن نیست از یک خازن فشارقوی که از نوع کوپلاژ است استفاده می کنند؛ زیرا کوپلاژ CC در کنار کوپلاژ نوع CD می تواند باند فرکانسی قابل کاربرد سیستم مخابراتی PLC را تعیین کند.

۳ ) در بیشتر تقویت‌کننده‌های ترانزیستوری نیز از خازن کوپلاژ استفاده می شود. در مدار این دستگاه ها، این خازن به صورت سری بین منبع تغذیه و همچنین طبقه‌های مختلف تقویت‌کننده بسته می شود. اصلی ترین کاربرد خازن کوپلاژ در این گونه از مدارها این است که از اعمال ولتاژ DC طبقه پایین‌تر جلوگیری کند. از نکاتی که باید به آن توجه کرد این است که باید این نوع از خازن به گونه ای انتخاب شود که میزان افت ولتاژ در فرکانس سیگنال IC ناچیز باشد.

به طور کلی در تمامی مدارهایی که قرار است از این نوع از خازن ها استفاده شود، باید خازن را بین دو قطعه ای قرار دهید که می خواهید آنها را از لحاظ سیگنال های DC از یکدیگر جدا کنید و فقط بخواهید که سیگنال AC از آن عبور کند. خازن کوپلاژ به صورت سری در مدار قرار می گیرد.