خازن الکترولیتی چیست؟ کاربرد خازن شیمیایی در مدارات الکترونیکی

خازن الکترولیتی چیست؟ کاربرد خازن شیمیایی در مدارات الکترونیکی

شاید برای شما سؤال باشد که خازن الکترولیتی چیست؟ خازن الکترولیتی خازنی است که برای دستیابی به ظرفیتی بالاتر از ظرفیت انواع خازن‌های دیگر، از الکترولیت در ساختار خودش استفاده می‌کند. الکترولیت یک مایع یا ژل است که دارای مقدار زیادی یون می باشد. در این مقاله قصد داریم به‌صورت عمیقتر و جامعتر با انواع خازن‌های الکترولیتی، ویژگیها و کاربردهای آنها آشنا شویم و به سؤال خازن الکترولیتی چیست پاسخ جامعتری بدهیم.

انواع خازن الکترولیتی چیست؟

در پاسخ به سؤال خازن الکترولیتی چیست در ابتدا با انواع اقسام این خازن‌ها آشنا می‌شویم. با توجه به نوع خازن، مدل دی‌الکتریک متفاوت است. دی‌الکتریک‌ها عمدتاً از تانتال یا از آلومینیوم ساخته‌شده‌اند، هرچند مواد دیگری هم در ساخت آن‌ها استفاده می شود. ابر خازن‌ها یکی از زیرمجموعه‌های خازن‌های الکترولیتی می‌باشند که به نام خازن‌های الکترولیتی دولایه نیز مشهور هستند و ظرفیتی معادل چند صد تا چند هزار فاراد دارند.

تقریبا همه خازن‌های الکترولیتی پلاریزه هستند، یعنی ولتاژ قطب مثبت در آن‌ها بیشتر از ولتاژ قطب منفی است. ظرفیت های زیاد خازن‌های الکترولیتی عیوب زیادی را نیز به همراه دارند. از جمله این عیوب می توان به نشت جریان، تلورانس و مقاومت سری بالا و همچنین عمر پایین اشاره نمود. خازن‌های الکترولیتی از الکترولیت مرطوب و یا پلیمر جامد ساخته می شوند.

خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی در بسیاری از وسایل همانند منبع تغذیه، مادربرد کامپیوتر و لوازم‌خانگی استفاده می‌شوند. به علت اینکه این خازن‌ها پلاریزه هستند تنها می‌توانند در مدارهای DC مورداستفاده قرار گیرند.

نوع دیگر، خازن‌های تانتال نام دارند؛ یک خازن تانتال، خازنی الکترولیتی است که شامل یک پالت از جنس فلز تانتال به‌عنوان آند است که با یک‌لایه اکسید به‌عنوان عایق پوشانده شده و نقش دی‌الکتریک را دارد و به‌وسیله مایع یا جامد الکترولیت به‌عنوان کاتد پوشانده می شود. به دلیل اینکه لایه دی‌الکتریک در این خازن‌ها بسیار نازک است و ضریب گذردهی بالایی هم دارد، ظرفیت خازن تانتال ظرفیت بسیار بالایی نسبت به حجم خازن دارا است.

درباره خازن‌های THD، میزان ظرفیت و حداکثر ولتاژ قابل‌تحمل روی خازن درج می شود. خازنی که روی آن اعداد «Fµ 4.7 – V25» نوشته‌شده باشد، دارای ظرفیت Fµ 4.7 و حداکثر ولتاژ کاری V25 می باشد که این مقادیر بیش از این نخواهند رفت.

خازن‌های الکترولیتی SMD، تصویر خازن SMD

در خازن‌های الکترولیتی SMD، اطلاعات خازن به دو شکل روی بدنه خازن‌ها نوشته می‌شود. ضمن رسیدن به جواب دقیق سؤال خازن الکترولیتی چیست، این اطلاعات مهم هستند. در نوع اول، مقادیر با میکرو فاراد و ولتاژ کاری نوشته می شوند. مثالی که در پاراگراف بالا ذکر کردیم از این نوع است. در نوع دوم، یک حرف وجود دارد که به دنباله آن سه عدد می آید. حرف حک‌شده طبق جدول زیر، درواقع نشان‌دهنده ولتاژ خازن است. دو عدد اول نشان‌دهنده مقدار ظرفیت به پیکوفاراد و همچنین عدد سوم مربوط به تعداد صفرهایی است که بایستی به دو عدد اول اضافه شوند.

جدول مقادیر خازن smd، راهنمای حروف روی خازن های SMD

به‌عنوان‌مثال یک عدد خازن 4.7 میکروفارادی با ولتاژ 25 ولت به‌صورت E476 روی خازن نوشته می شود. این علامت به شکل 47000000 پیکوفاراد، 47000 نانو فاراد یا اینکه 47 میکرو فاراد نمایش داده می شود.

مشخصات خازن الکترولیتی

مشخصات خازن الکترولیتی

افت ظرفیت: با گذر زمان ظرفیت خازن‌های الکترولیتی از میزان نامی درج‌شده روی آن افت خواهد کرد و اکثراً این خازن‌ها، تلرانس بالایی  حدود 20% دارند. یعنی مثلاً یک خازن الکترولیتی آلومینیومی با ظرفیت نامی 47µF مقدار ظرفیت اندازه‌گیری شده‌ای حدود 37.6 تا 56.4 میکرو فاراد را دارد.

خازن‌های الکترولیتی تانتال قادر هستند با تلورانس کمتری ساخته بشوند و اما در عوض ولتاژ کاری بیشینه آن‌ها پایین‌تر می باشد. پس نمی‌توانند همیشه به‌عنوان یک جایگزین مستقیم مورداستفاده قرار بگیرند.

پلاریته و امنیت: به دلیل ساختار خازن‌های الکترولیتی و مشخصات الکترولیت‌های استفاده‌شده در آن‌ها، خازن‌های الکترولیتی بایستی بایاس مستقیم شوند. به این معنا که قطب مثبت بایستی همیشه ولتاژ بالاتری از قطب منفی داشته باشد. اگر خازن به شکل معکوس بایاس شود، اکسید آلومینیوم که به‌عنوان عایق دی‌الکتریک در حال عمل کردن است، به‌احتمال‌زیاد دچار آسیب خواهد شد و به صورت اتصال کوتاه مابین دو قطب خازن عمل می‌کند. در نتیجه ممکن است باعث شود که خازن به علت جریان وحشتناک بالای عبوری از آن بیش‌ازحد داغ بشود.

هنگامی‌که خازن تا این حد داغ می‌شود، الکترولیت گرم شده نشتی پیداکرده و یا حتی بخار می‌شود که می‌تواند باعث انفجار مجموعه شود. این فرآیند در ولتاژ معکوس حدود یک ولت یا بالاتر اتفاق می‌افتد. برای حفظ امنیت و جلوگیری از انفجار بدنه خازن به علت فشار زیاد تولیدشده از گرمای شدید، یک واشر ایمنی در بدنه نصب می شود. این واشر اکثراً از شدت گرما از قسمتی از بدنه خازن به بیرون پرتاب می شود. به علت اینکه الکترولیت ممکن است خورنده یا سمی باشد باید اقدامات ایمنی بیشتری هنگام باز کردن خازن و جایگزینی آن انجام دهید.

یک نوع بخصوصی از خازن‌های الکترولیتی برای استفاده AC وجود دارد که ضمن ایستادگی در برابر پلاریزه معکوس دیزاین شده اند. این نوع از خازن‌ها اغلب با نام خازن‌های غیر پلاریزه یا نوع NP شناخته می‌شوند.

ساختار و ویژگی‌های خازن الکترولیتی

ساختار و ویژگی‌های خازن الکترولیتی

و اما ساختار خازن الکترولیتی چیست؟ خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی از دو فویل آلومینیومی و یک کاغذ آغشته به الکترولیت برای ایجاد فاصله ما بین آن‌ها ساخته‌شده‌اند. یکی از دو ورقه آلومینیومی با یک‌لایه اکسید پوشانده شده و همیشه به‌عنوان یک آند عمل می‌کند؛ و لایه فویل نشانی نشده به‌عنوان کاتد عمل می‌کند. در حالت معمولی، آند بایستی در ولتاژ مثبت و کاتد در ولتاژ منفی باشد.

آند، کاتد و همچنین ورقه آغشته کاغذی به هم فشرده‌شده و لوله شده اند و درنهایت داخل یک محفظه استوانه ای شکل، قرار داده‌شده‌اند و با بهره‌گیری از پین‌ها، به مدار اتصال داده می شوند. دو ساختار هندسی متداول برای این خازن وجود دارد؛ که محوری و شعاعی نام دارند. خازن‌های محوری دارای یک پین در هر طرف استوانه بوده در حالی که در هندسه شعاعی، هر دو پین فقط در یک‌طرف استوانه قرارگرفته‌اند.

کاربرد خازن الکترولیتی

اما مهم‌تر از همه اینکه کاربرد خازن شیمیایی چیست. کاربردهای بسیار زیادی برای خازن‌های الکترولیتی وجود دارد که نیازمند به تلورانس پایین و پلاریزه AC نداشته اما مقادیر ظرفیت خازنی بالایی را می‌طلبند. این خازن‌ها اغلب به‌عنوان قطعات فیلترینگ در منبع تغذیه‌ها برای کاهش ولتاژ ریپل مورداستفاده قرار می‌گیرند. هنگامی‌که از خازن‌ها در منبع تغذیه‌های سوئیچینگ استفاده شود معمولاً عمر منبع تغذیه را محدود می‌کنند و به همین علت برای این کاربرد، از خازن‌های باکیفیت بسیار بالایی استفاده می‌شود.

آن‌ها همچنین امکان دارد در ورودی و خروجی‌ها به‌عنوان فیلتر کننده حد پایین مورداستفاده قرار گیرند البته اگر سیگنال موجود یک سیگنال DC با سهم AC ضعیف است این‌گونه است. هرچند خازن‌های الکترولیتی برای دامنه‌های بزرگ و فرکانس‌های بالا اکثراً خوب عمل نمی‌کنند و علت آن‌هم پراکندگی پاور در مقاومت انتهایی به نام مقاومت سری معادل است. در چنین شرایطی خازن‌هایی با مقاومت سری معادل پایین بایستی برای کم کردن تلفات و جلوگیری از داغ شدن بیش‌ازحد استفاده شوند.

کاربرد خازن الکترولیتی

اما مهم‌تر از همه اینکه کاربرد خازن شیمیایی چیست. کاربردهای بسیار زیادی برای خازن‌های الکترولیتی وجود دارد که نیازمند به تلورانس پایین و پلاریزه AC نداشته اما مقادیر ظرفیت خازنی بالایی را می‌طلبند. این خازن‌ها اغلب به‌عنوان قطعات فیلترینگ در منبع تغذیه‌ها برای کاهش ولتاژ ریپل مورداستفاده قرار می‌گیرند. هنگامی‌که از خازن‌ها در منبع تغذیه‌های سوئیچینگ استفاده شود معمولاً عمر منبع تغذیه را محدود می‌کنند و به همین علت برای این کاربرد، از خازن‌های باکیفیت بسیار بالایی استفاده می‌شود.

آن‌ها همچنین امکان دارد در ورودی و خروجی‌ها به‌عنوان فیلتر کننده حد پایین مورداستفاده قرار گیرند البته اگر سیگنال موجود یک سیگنال DC با سهم AC ضعیف است این‌گونه است. هرچند خازن‌های الکترولیتی برای دامنه‌های بزرگ و فرکانس‌های بالا اکثراً خوب عمل نمی‌کنند و علت آن‌هم پراکندگی پاور در مقاومت انتهایی به نام مقاومت سری معادل است. در چنین شرایطی خازن‌هایی با مقاومت سری معادل پایین بایستی برای کم کردن تلفات و جلوگیری از داغ شدن بیش‌ازحد استفاده شوند.

نصب و تعویض خازن الکترولیتی چیست و چگونه انجام می‌شود؟

با توجه به اینکه چاپ بر روی به ردهای مدرن بسیار متراکم می‌شود، در تعویض خازن بایستی بسیار دقت به خرج بدهید. شما همچنین می‌توانید عملکرد آسیب‌زننده داشته باشید و درعین‌حال متوجه یک عنصر بسیار کوچک بدون قاب یا شکستن (بستن) مسیرها شوید که ضخامت و البته فاصله بین آن‌ها کمی بیشتر از ضخامت موی انسان است.

درنهایت، برای تعویض خازن‌ها، باید به یک آهن لحیم‌کاری 25 الی 30 واتی، یک قطعه سیم ضخیم گیتار به‌اضافه یک سوزن ضخیم، شار لحیم‌کاری یا رزین اضافه کنید. اگر هنگام نصب و تعویض یک خازن الکترولیتی، قطبیت را معکوس کنید یا یک خازن با درجه ولتاژ پایین نصب کنید، امکان دارد منفجر گردد؛ بنابراین قطعه جایگزین را با دقت انتخاب کرده و آن را به‌درستی نصب نمایید.

تست خازن الکترولیتی چیست؟

ضمن تست خازن الکترولیتی نیاز است که دو سر اهم‌متر را که روی رنج ضربدر ۱۰۰ قرار دارد، به دو سر خازن بزنید. اگر عقربه اهم‌متر رفت‌وبرگشت کند خازن هنوز سالم است. اگر عقربه بر روی صفر قرار گیرد، خازن اتصال کوتاه شده و اگر عقربه در برگشت روی صفر نیامد، باید بدانید که نشتی دارد.

در این مقاله سعی کردیم به‌صورت دقیق به سؤال خازن الکترولیتی چیست پاسخ بدهیم. همان‌طور که مشاهده کردید شناخت دقیق این خازن‌ها در نوع کاربرد آن‌ها تأثیرگذار است. برای یک تکنسین به ردهای الکترونیکی که بر روی طراحی و تعمیر انواع برد کار می‌کند نیاز است با انواع خازن و کاربردهای آن‌ها به‌صورت دقیق آشنا شود و قادر باشد که به‌صورت عملی و مؤثر برای مقاصد خاص از آن‌ها داخل مدار استفاده نماید.

4.3/5 - (6 امتیاز)
نظرات

دیدگاهتان را بنویسید