معرفی خازن تانتالیوم و انواع آن

در ادامه مقاله انواع خازن سرامیکی و نحوه‌ انتخاب نوع خازن مورد نیاز به خازن‌های تانتالیوم می‌رسیم و قصد داریم تا توضیحی کامل از این نوع خازن‌ها به شما ارائه بدیم تا به صورت کامل با خازن تانتالیوم، انواع آن و ویژگی‌های آن آشنا شوید و در پروسه انتخاب خازن مورد نیاز پروژتان اطلاعات کامل‌تری داشته باشید.

تانتالیوم نوعی خازن الکترولیت است که از ماده تانتالیوم به عنوان آند در آن استفاده شده و با لایه نازکی از اکسید پوشیده شده که به عنوان دی‌الکتریک عمل می‌کند. تانتالیوم‌ها به خاطر دی‌الکتریک خیلی نازک ظرفیت بالاتری در واحد حجم ارائه می‌دهند.

خازن­‌های تانتالیوم دارای قطب مثبت و منفی هستند بدین معنا که فقط با منابع DC قابل استفاده هستند و باید در جهت صحیح قرار گیرند. خازن تانتالیوم اگر خارج از ولتاژ یا دمای نامی یا با پلاریته نادرست استفاده شود به سرعت داغ شده و منجر به آتش گرفتن و یا حتی انفجارهای کوچک می‌شود. با استفاده از اجزای ایمنی مانند محدود کننده جریان یا فیوزهای حرارتی در طراحی می‌توان احتمال ایجاد مشکل فوق را کاهش داد. با این حال هنگام استفاده از خازن‌های تانتالیومی در شرایط مرزی (نزدیک به پارامترهای نامی) باید مراقب بود.

مقاومت سری معادل (ESR) در خازن‌های تانتالیوم در مقایسه با خازن‌های سرامیکی بالاتر است. به همین دلیل خازن‌های تانتالیوم برای کاربردهای فرکانس بالا انتخاب خوبی نیستند.

قیمت خازن‌های تانتالیوم نسبت به MLCC ها معمولا خیلی بالاتر است و به همین دلیل در کاربردهای عمومی به ندرت استفاده می‌شوند ولی به دلیل برخورداری از برخی ویژگی‌های برجسته با وجود هزینه اضافی برای برخی کاربردهای خاص ایده‌آل هستند.

تغییرات خطی ظرفیت خازن تانتالیوم نسبت به دما

ظرفیت خازن‌های تانتالیوم نسبت به دما دارای تغییر خطی است. این رفتار خطی محاسبه ظرفیت در شرایط بحرانی را آسان‌تر می­کند. علاوه بر تغییر خطی، ظرفیت خازن‌های تانتالیوم با دما افزایش می‌یابد که این ویژگی برای مواردی مانند ذخیره انرژی و یا پایداری در برابر تغییرات بار منبع تغذیه سوئیچینگ مزیت محسوب می‌شود. اگر خازن تانتالیوم نزدیک منبع تغذیه سوییچینگ باشد، هنگامی که منبع تغذیه تحت بار سنگین قرار ‌گیرد و گرم ‌شود ظرفیت آن اندکی کاهش می‌یابد.

اثرات محدود میکروفونیک و پیزوالکتریک

با توجه به اثر پیزوالکتریک، خازن‌های سرامیکی در هنگام ارتعاش دارای اثر میکروفونیک هستند و مانند میکروفون پیزو ولتاژ تولید می‌کنند، بنابراین ممکن است در مدار ایجاد نویز کنند که برای مداراتی که سیگنال‌های ولتاژ آنالوگ کوچک و حساس دارند و در محیط‌های ارتعاشی قرار دارند مناسب نیست. تاثیر این نویز در سیگنال‌های دیجیتال یا تقویت شده آنالوگ قابل توجه نیست ولی بر سیگنال‌های آنالوگ تقویت نشده مبدل­ها یا سیگنال‌های بسیار حساس ممکن است تاثیرگذار باشند. این موضوع یکی از دلایلی است که در قطعات مربوط به صوت استفاده از خازن‌های سرامیکی توصیه نمی‌شود. خازن‌های تانتالیوم ویژگی‌های میکروفونیک و پیزوالکتریک را ندارند و به همین دلیل برای کاربردهای صوتی و یا کاربردهایی که در آن لرزش وجود دارد مناسب‌اند.

نمودار ظرفیت نسبت به ولتاژ خازن تانتالیوم

خازن‌های تانتالیوم تحت شرایط ولتاژ DC مختلف و تا زمانیکه فراتر از ولتاژ نامی آن نباشد بسیار پایدارند. ظرفیت خازن‌های سرامیکی چند لایه نسبت به ولتاژ به شدت متغیر است و با افزایش ولتاژ ظرفیت خازن کاهش می‌یابد. توجه به این موضوع برای مواردی که ولتاژ متغیر است حائز اهمیت است و ممکن است در یک کاربرد خاص خازن تانتالیوم با خازن MLCC (Multi-Layer Ceramic Capacitor) از نظر قیمت قابل مقایسه باشد. ظرفیت خازن­های تانتالیوم معمولا بسیار نزدیک به مقدار نامی آن­ها است و تلرانس کمی دارند. برای منابع تغذیه کم نویز و کاربردهای حساس دیکوپلینگ که خازن‌های سرامیکی ممکن است در ماکزیمم ولتاژ خود عمل کنند، خازن تانتالیوم به دلیل عدم افت ظرفیت تا سه برابر یک خازن سرامیکی معادل ظرفیت ارائه می‌دهد. به عبارت دیگر در صورت استفاده از خازن تانتالیوم، تعداد خازن‌های مورد استفاده 1/3 می­شود که می­تواند تاثیر قابل توجهی در حجم مدار داشته باشد.

پایداری در طول زمان

در خازن‌های سرامیکی، گذردهی دی­الکتریک در طول زمان کاهش می‌یابد. این موضوع به دلیل تخریب حوزه‌های پلاریزه در دی­­الکتریک­های فرو­الکتریک اتفاق می­افتد. به زبان ساده ظرفیت خازن در طول زمان کاهش می‌یابد. از طرف دیگر خازن‌های تانتالیومی پایداری بیشتری در طول عمر خود دارند. خازن‌های تانتالیوم مانند خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی خشک نمی‌شوند و تحلیل نمی‌روند و این مزیت خازن‌های تانتالیوم آن‌ها را برای کاربردهایی با طول عمر بالا به ویژه جایی که سرویس کردن دستگاه گران یا غیرممکن است و یا جایی که دستگاه ماموریتی حیاتی دارد، ایده‌آل می‌سازد.

امیدواریم از این آموزش لذت برده‌باشید، در ادامه سری مقالات خازن‌ها به معرفی انواع دیگری از خازن‌‌ها از جمله خازن‌های الکترولیتی آلومینیومی و خازن‌های فلیم می‌پردازیم.

هرگونه سوال و نظرات خود را می‌توانید در بخش دیدگاه با ما در میان بگذارید.