خازن SMD چیست؟ نحوه محاسبه ظرفیت خازن اس ام دی

خازن SMD چیست؟ خازن های SMD یا SMT به طور گسترده ای نزدیک به میلیاردها عدد تولید می شوند. این خازن ها کوچک بوده و بدون نیاز به ایجاد سوراخ می توانند بر روی بردهای PCB نصب شوند. خازن های SMD انواع مختلفی از جمله خازن تانتالیوم، خازن سرامیکی، خازن الکترولیتی و… دارند که در میان این مدلها خازن SMD سرامیکی بیشترین استفاده را دارد. در ادامه به بررسی دقیق تر خازن SMD و انواع آنها می پردازیم.

خازن SMD تنها یکی از قطعات الکترونیکی است که از روش SMT برای نصب استفاده می کند. تکنولوژی SMT یا همان نصب سطحی امروزه در تولید قطعات الکترونیکی بسیار رواج داشته است چراکه هزینه و زمان نصب و مونتاژ آنها بسیار کمتر از سایر مدلها می باشد. به همین دلیل بسیار به صرفه تر نسبت به مدلهای قبلی است و همینطور این قطعات باعث افزایش سرعت خط تولید در نتیجه تولید بیشتر می شوند.

تکنولوژی SMT چیست؟ در گذشته برای نصب قطعات الکترونیکی بر روی برد PCB از روش Through Hole استفاده می شده است که قطعات از طریق پایه هایی که داشتند داخل سوراخ های روی برد قرار گرفته و نصب می شدند. اما امروزه با کمک تکنولوژی SMT برای مونتاژ برد مدارچاپی قطعات به راحتی و به طور مستقیم و بدون نیاز به ایجاد سوراخ، با کمک پایه های کوچکی که در زیر آنها قرار دارد بر روی برد لحیم می شوند.

PCB چیست؟

خازن SMD چیست؟

در این قسمت به بررسی دقیق تر این پرسش می پردازیم که خازن SMD چیست؟ خازن ها از دیگر قطعات SMD پرکاربرد می باشند. خازن در مدار همانند باتری عمل می کند، خازن SMD نقش بسیار مهمی در مدارهای الکترونیکی برای ذخیره و آزادسازی انرژی دارد. طراحان و مهندسان الکترونیک باید آشنایی کاملی نسبت به قابلیت ها و ویژگی های خازن SMD داشته باشند. خازن SMD که به خازن SMT نیز شناخته می شود برای کاربردهای مختلفی بر روی برد نصب می شوند. این خازن ها بر خلاف خازن DIP برای نصب به روی برد PCB نیاز به ایجاد سوراخ بر روی برد ندارند بلکه مستقیماً بر روی آن نصب می شوند که این ویژگی باعث می شود تا فضای طراحی بیشتری ایجاد شود.

امروزه به دلیل مزایای خازن اس ام دی استفاده از این قطعات در طراحی و ساخت بردهای مدارچاپی بسیار به خصوص در کاربردهای RF افزایش یافته است به طوری که تولید این قطعات بسیار زیاد می باشد.

طراحی خازن های SMD معمولاً با استفاده از صفحات فلزی که توسط دی الکتریک ها از هم جدا شده است انجام می شود. اسم این خازن ها نیز به دی الکتریک های استفاده شده در خازن بستگی دارد. همینطور بسته به رنگ استفاده شده در خازن، حاشیه های خازن ها را می توان طراحی کرد، به طور مثال اگر خازن الکرولیتی زرد باشد، حاشیه آن به رنگ قهوه ای طراحی می شود.

بیشتر بدانیم: بررسی معایب و مزایای مونتاژ SMD

انواع خازن SMD

خازن های اس ام دی بر اساس جنس دی الکتریک استفاده شده در آنها به سه دسته زیر تقسیم می شوند:

• خازن سرامیکی مولتی لایر
• خازن SMD تانتالیوم
• خازن SMD الکترولیتی

خازن اس ام دی سرامیکی مولتی لایر

در میان انواع خازن های SMD، خازن های سرامیکی به دلیل قیمت مناسب، تنوع ظرفیت بالا و غیر قطبی بودن آنها بیشترین استفاده را دارند. در خازن SMD سرامیکی از سرامیک به عنوان ماده دی الکتریک استفاده می شود. این خازن ها بر اساس خواص الکتریکی سرامیک درجه بندی می شوند. این دسته از خازن های SMD نسبت با سایر مدلها ابعاد کوچکتری دارند. سایز این خازن ها معمولاً همانند مقاومت های SMD در پکیج های 0402، 0603، 0805 و 1206 می باشند.

بیشتر بدانیم: مقاومت SMD چیست؟ بررسی ویژگی های مقاومت SMD

ساختار خازن اس ام دی سرامیکی به این صورت است که شامل یک بلوک مستطیل شکل از دی الکتریک سرامیکی می باشد که در آن تعدادی الکترود فلزی قرار گرفته است. ساختار این خازن به صورت چند لایه است که به همین دلیل به آن خازن مولتی لایر سرامیکی یا به صورت مخفف MLCC نیز می گویند.

خازن اس ام دی تانتالیوم

از خازن های تانتالیوم برای کاربردهایی که ظرفیت بالاتری نسبت به خازن های سرامیکی لازم است استفاده می شود اما نسبت به خازن های سرامیکی پلاریته بوده و قیمت بالاتری دارند. خازن تانتالیوم از فلز تانتالیوم ساخته شده و به دلیل پایداری بالایی که دارند از آنها در ساخت مدار منبع تغذیه استفاده می شود. خازن SMD تانتالیوم برای سالیان تنها خازن ظرفیت بالای موجود در بازار بود تا اینکه خازن SMD الکترولیتی طراحی و ساخته شد. اما همچنان در بسیاری از مدارهای الکترونیکی بیشترین کاربرد را دارند.

خازن SMD الکترولیتی

خازن الکترولیتی به دلیل ظرفیت خازنی بالا و قیمت مقرون به صرفه ای که دارند در طراحی های SMD از آنها استفاده می شود. معمولاً بر روی این دسته از خازن ها ظرفیت و ولتاژ کاری آنها نوشته شده است. معمولاً این کار به دو روش انجام می شود؛ یا به این صورت که ظرفیت آن به صورت µF نوشته می شود و یا با استفاده از کدها. به طور مثال برای روش اول : 50 4V یعنی ظرفیت 50µF و ولتاژ 4 ولت. روش دوم استفاده از حروف می باشد که هر حرف نشان دهنده ولتاژ کاری می باشد. همانند سایر روش های کدینگ، دو رقم اول ظرفیت خازن و رقم سوم ضریب می باشد. حرف اول نیز همانطور که گفته شد نشان دهنده ولتاژ است، به طور مثال A106، ظرفیت 10 میکرو فاراد و ولتاژ 10 ولت می باشد.  در زیر جدول راهنمای حروف  ولتاژ هر کدام آمده است:

پلاریته خازن SMD

در دنیای الکترونیک امروزه استفاده از قطعات SMD بسیار افزایش یافته است که این امر سبب بهبود عملکرد دستگاه ها و همینطور افزایش سرعت مونتاژ قطعات شده است. این قطعات مینیاتوری به دقت زیادی برای نصب نیاز دارند که یکی از فاکتورهایی که به آن باید دقت کرد پلاریته قطعات است که برای قرارگیری صحیح قطعات ضروری است.

پلاریته خازن SMD معمولاً به صورت زیر است:

1. علامت های مثبت و منفی که بر روی خازن قرار دارد که اغلب با نشانه های + و – بر روی خازن نمایش داده می شود، و نیاز است که متناسب با این علامت ها بر روی برد نصب شوند.
2. پایه های کوچک و بزرگ که در خازن SMD الکترولیتی پایه مثبت کمی بزرگتر از پایه منفی می باشد.
3. شکل خازن که در خازن های پلاریته SMD، همانند خازن تانتالیوم، شکل مشخصی دارند که می تواند مثبت و منفی بودن آنرا تشخیص داد.
4. در مواردی که قطبیت خازن ها قابل تشخیص نباشد باید از مولتی متر برای تعیین پلاریته خازن SMD استفاده کرد.

نکته: در نظر داشته باشید که خازن SMD سرامیکی غیر پلاریته می باشد (Non Polar) می باشند و برای نصب آنها بر روی مدار الکتریکی نیاز به رعایت جهت خاصی نیست.

رنگ خازن SMD

این خازن ها می توانند بر اساس رنگ متریال بدنه سرامیکی آنها شناسایی شوند:

• خازن هایی مثل سرامیک NP0 و C0G معمولاً به رنگ سفید می باشند، این خازن ها ظرفیت کمتری نسبت به سایر مدلها دارند که از 1pF تا 10pF می باشد.
• خازن های X7R و X5R معمولاً به رنگ قهوه ای روشن می باشند. ظرفیت این خازن ها از nF تا uF می باشد.
• خازن های Y5V و Z5U معمولاً به رنگ سیاه و قهوه ای تیره می باشند که ظرفیت این خازن ها بالا می باشد، هرچند در ولتاژهای بالا ظرفیت آنها کم است.

سایز خازن SMD

از آنجا که قطعات و بردهای الکترونیکی همواره در حالی کوچک شدن هستند، استفاده از قطعات SMD بیش از پیش افزایش یافته است، به طوری که این قطعات نقش بسیار مهمی را در مدارها ایفا می کنند. از این رو پیش از کار کردن با خازن های SMD نیاز است که با سایز و پکیج این خازن ها آشنایی کامل به دست آورید. در این بخش ما به بررسی سایز انواع خازن های SMD می پردازیم.

خازن های سرامیکی مولتی لایر یا چندلایه (MLCC) بیشترین استفاده را در بین خازن های SMD دارند. پکیج و سایز این خازن ها همانند مقاومت های SMD می باشد. اطلاعات بیشتر در جدول زیر آمده است:

نحوه خواندن ظرفیت خازن SMD

ظرفیت همه خازن ها با “فاراد” خوانده می شود، در بعضی موارد به صورت میکرو فاراد، نانو فاراد و یا پیکو فاراد می باشد که این موارد بسته به اندازه و نوع خازن دارد.

خازن های SMD با مقدار تلرانس استاندارد از کدهای سه بخشی استفاده می کنند، به این صورت که دو رقم اول ظرفیت را نمایش داده و رقم سوم توان ضریب 10 می باشد. در نظر داشته باشید که حرف R  به عنوان اعشار در نظر گرفته می شود. رقم به دست آمده پس از اعمال ضریب به پیکوفاراد می باشد که شما می توانید به راحتی آنرا تبدیل کنید. برای درک بهتر به مثال زیر توجه کنید:

در خازن SMD فوق، مقدار مقاومت به این صورت محاسبه می شود :

22×10000 = 220000pF

220000pF / 1000 = 220nF

در نمونه فوق همانطور که گفته شد R نماد اعشار می باشد، ظرفیت خازن 2R4، مقدار 2.4pF می باشد.

یکی دیگر از کدهایی که ممکن است به روی خازن ها ببینید، کدهای 4 رقمی می باشد. این کدها نیز همانند کدهای 3 رقمی، دو رقم اول نشان دهنده ظرفیت خازن و رقم سوم توان ضریب 10 می باشد. در این نمونه حرف چهارم نشان دهنده مقدار تلرانس خازن است. در نظر داشته باشید که در این نمونه نیز حرف R به عنوان اعشار می باشد.

نمونه فوق ظرفیت خازن 220000pF می باشد و حرف J نشان دهنده مقدار تلرانس 5% می باشد. برای آگاهی از مقدار تلرانس حروف جدول زیر را بررسی نمایید.

در بعضی موارد خازن به قدری کوچک است که فضای برای نوشتن کدهای استاندارد 3 و یا 4 رقمی نمی باشد. از همین رو با استفاده از سیستم EIA-198 از کدهای دو رقمی استفاده می شود. در این نمونه کدینگ حرف نشان دهنده ظرفیت خازن و عدد نمایش دهنده ضریب می باشد. به مثال زیر توجه کنید:

در این نمونه A برابر با 1pF و 2 ضریب 100 می باشد، در نتیجه ظرفیت خازن نمایش داده شده 100 پیکو فاراد می باشد. مقدار دقیق هر حرف در جدول زیر آمده است:

سخن نهایی

خازن SMD از پرکاربردترین قطعات در بازار الکترونیک می باشد. این نوع خازن ها سایز کوچکی دارند، عملکرد آنها نسبت به نسل قبلی بسیار بهتر شده، پایه ای برای نصب ندارند که نیاز به سوراخ کردن برد باشد و هزینه تامین آنها پایین بوده و در نتیجه هزینه تولید را کاهش می دهند. انتخاب خازن SMD با سایز مناسب در مدارهای الکترونیکی بسیار مهم است. مهندسان با در نظر گرفتن ظرفیت خازن، ولتاژ و اندازه پکیج می توانند خازن متناسب با نیاز خود را انتخاب کنند. شما می توانید برای دریافت مشاوره و راهنمایی برای خرید خازن SMD با کارشناسان ما در ایران کامپو از طریق راههای ارتباطی در تماس باشید.