🪣 خازن (Capacitor)

خازن (Capacitor) بار الکتریکی را برای مدت کوتاهی در خودش نگه می‌دارد و می‌تواند در کسری از ثانیه پر و خالی شود. در پروژه‌های آردوینو کمتر نقش اصلی دارد و بیشتر بی‌صدا کار می‌کند: نویز تغذیه را می‌گیرد، جلوی ریست شدن برد هنگام حرکت سروو را می‌گیرد، لرزش دکمه را صاف می‌کند و در مدارهای زمان‌دار مثل ۵۵۵، زمان می‌سازد. این صفحه می‌گوید هر خازن کجای مدار آردوینو می‌نشیند و چطور ظرفیتش را با خود آردوینو بسنجی.

خازن در ووکوی (Wokwi)

تا جایی که می‌دانیم ووکوی نسخه‌ی آماده‌ی این قطعه را ندارد. دلیلش منطقی است: ووکوی کد میکروکنترلر را شبیه‌سازی می‌کند و نویز، افت ولتاژ و شارژ خازن را حساب نمی‌کند؛ پس در طرح ووکوی‌ات بدون خازن هم همه‌چیز کار می‌کند (توضیح کامل در شبیه‌سازی مدار در ووکوی). اگر می‌خواهی خود رفتار خازن را ببینی، خازن ۱۰ میکروفاراد در تینکرکد فارسی، هم در مود ساده و هم در مود آردوینو، رایگان شبیه‌سازی می‌شود. پروژه‌های شارژ خازن و محو شدن آرام در مود ساده نشان می‌دهند خازن در طول زمان چطور پر و خالی می‌شود.

خازن کجای مدار آردوینو می‌نشیند؟

سیم‌کشی: اندازه‌گیری ظرفیت با آردوینو

ثابت زمانی τ برابر R × C است: مدت زمانی که خازن تا حدود ۶۳ درصد ولتاژ منبع پر شود. اگر R را بدانیم و τ را با آردوینو اندازه بگیریم، C به دست می‌آید.

کد نمونه

// RC capacitance meter: pin 8 -> 10k -> (capacitor + and A0) ; capacitor - -> GND
const int CHARGE_PIN = 8;
const float R_OHMS = 10000.0;

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  pinMode(CHARGE_PIN, OUTPUT);
  digitalWrite(CHARGE_PIN, LOW);
}

void loop() {
  // 1) empty the capacitor through the same resistor
  digitalWrite(CHARGE_PIN, LOW);
  while (analogRead(A0) > 2) { }

  // 2) charge it and time how long it takes to reach 63.2% (647 of 1023)
  unsigned long start = micros();
  digitalWrite(CHARGE_PIN, HIGH);
  while (analogRead(A0) < 647) { }
  unsigned long tau = micros() - start;

  // tau in microseconds divided by R in ohms gives C in microfarads
  float uF = tau / R_OHMS;
  Serial.print("tau = ");
  Serial.print(tau / 1000.0, 1);
  Serial.print(" ms   C = ");
  Serial.print(uF, 2);
  Serial.println(" uF");

  digitalWrite(CHARGE_PIN, LOW);
  delay(1500);
}

با خازن ۱۰ میکروفاراد و مقاومت ۱۰ کیلواهم، τ باید حدود ۱۰۰ میلی‌ثانیه باشد. خازن‌های الکترولیتی تلرانس زیادی دارند (گاهی ۲۰ درصد)، پس عددی مثل ۸٫۹ یا ۱۱٫۲ میکروفاراد کاملاً طبیعی است. برای ظرفیت‌های خیلی کوچک (زیر حدود ۰٫۱ میکروفاراد) زمان آن‌قدر کوتاه می‌شود که این روش دقیق نیست.

اشتباه‌های رایج

• الکترولیتی برعکس: نوار روی بدنه سمت منفی است. برعکس بستن یعنی داغ شدن و حتی ترکیدن خازن؛ پروژه‌ی خازن برعکس این را بی‌خطر نشان می‌دهد.
• ولتاژ نامی کم: خازن ۶٫۳ ولتی روی تغذیه‌ی ۹ ولت جای خودش نیست؛ ولتاژ نامی را دست‌کم دو برابر ولتاژ مدار بگیر.
• خواندن اشتباه کد 104: یعنی ۱۰ و چهار صفر پیکوفاراد، یعنی ۱۰۰ نانوفاراد؛ نه ۱۰۴ میکروفاراد.
• دکوپلینگ دور از تراشه: خازن ۱۰۰ نانوفاراد اگر با سیم بلند وصل شود اثرش را از دست می‌دهد؛ تا جای ممکن نزدیک پایه‌ها بگذارش.

آموزش‌های مرتبط

• ۱۵ مدار پایه: فیلتر RC، خازن دکوپلینگ و ۵۵۵
• حل خطای آپلود ESP32 (خازن روی EN)
• نئوپیکسل با آردوینو و تغذیه‌ی نوار
• تایمر ۵۵۵ و خازن زمان‌ساز

سؤال‌های رایج

ووکوی خازن دارد؟

تا جایی که می‌دانیم ووکوی قطعه‌ی آماده‌ی خازن ندارد و شارژ و دشارژ خازن را هم شبیه‌سازی نمی‌کند، چون یک شبیه‌ساز میکروکنترلر است. خازن در تینکرکد فارسی رایگان شبیه‌سازی می‌شود و در مود ساده شارژ شدنش را در طول زمان می‌بینی.

کنار سروو یا موتور چه خازنی بگذارم؟

یک خازن الکترولیتی حدود ۱۰۰ تا ۴۷۰ میکروفاراد موازی تغذیه‌ی موتور، نزدیک خود موتور یا سروو. ولتاژ نامی خازن را دست‌کم دو برابر ولتاژ مدار انتخاب کن و پایه‌ی بلند (مثبت) را به + بزن.

چرا خازن ۱۰ میکروفاراد بین EN و GND خطای آپلود ESP32 را حل می‌کند؟

روی بعضی بردهای ESP32 مدار ریست خودکار خیلی سریع عمل می‌کند و تراشه به حالت آپلود نمی‌رود. خازن بالا آمدن پایه‌ی EN را کمی کند می‌کند تا زمان‌بندی درست شود.

آموزش‌هایی که از این قطعه استفاده می‌کنند

قطعه‌های دیگرِ قطعه‌های پسیو و نیمه‌هادی

همه‌ی ۱۰۵ قطعه ← · آموزش مدار