خازن الکترولیتی چیست؟ بررسی انواع کاربرد و نماد شماتیک

خازن ها از قطعات بسیار پر مصرف در بردهای الکترونیکی می باشند که در میان انواع خازن ها، خازن الکترولیتی با توجه به مقدار ظرفیت بالا پرکاربرد می باشند. خازن قطعه الکترونیکی پسیوی است که انرژی را به شکل الکتریکی ذخیره می کند که ظرفیت آن به فاراد اندازه گیری می شود.

قبل از بررسی این مورد که خازن الکترولیتی چیست جالب است بدانید که چاربز پولاک آلمانی، تولید کننده باتری های قابل شارژ، به اهمیت الکترولیت برای ایجاد پایداری خنثی لایه اکسید پی برده بود به همین دلیل خازن های الکترولیتی را در سال 1887 اختراع کرد. این خان ها برای رادیوهای قدیمی و سیستم های مخابراتی درست شد که نیاز به ظرفیت  خازنی بالایی داشتند. امروزه از این خازن های در سایر مدارهای الکترونیکی نیز استفاده می شود چراکه عملکرد و پایداری دستگاه های الکترونیکی را بهبود می بخشند.

خازن الکترولیتی چیست؟

خازن های الکترولیتی از سری خازن هایی هستند که جنس دی الکتریک آنها از اکسید آلومینیوم، تانتالیوم و نیوبیم می باشد که همین امر سبب شده ظرفیت این خازن ها نسبت به سایر مدلها بسیار بیشتر باشد. یکی از دلایل استفاده از این خازن ها در مدارهای منبع تغذیه برای کاهش نوسانات ولتاژ در دستگاه های مختلف می باشد. الکترولیت به صورت ژل یا مایعی است که غلظت یون در آن بسیار زیاد است. به طول کلی ما سه گروه خازن الکترولیتی داریم که عباتند از: خازن الکترولیتی آلومینیومی، خازن الکترولیتی تانتالیوم و خازن های الکترولیتی نیوبیوم.

الکترولیت ها از آلومینیوم، تانتالیوم و چند فلز دیگر تشکیل شده اند. تمام خازن های الکترولیتی پلاریزه می باشند، به این معنی است که ولتاژ آند همیشه باید از کاتد بالاتر باشد. یکی از فاکتورهایی که این خازن ها را مناسب برای سیگنال های فرکانس پایین بسیارمفید می کند، ظرفیت بالای خازن های الکترولیتی است. از این سری خازن ها برای فیلتر نویزها در منابع تغذیه استفاده می شود. ظرفیت بالای این خازن ها معایبی نیز به همراه دارد، همانند طول عمر محدود و نشتی جریان. به گروهی از خازن های الکترولیتی دو لایه که ظرفیت های بسیار بالایی دارند ابر خازن (Super Capacitor) نیز گفته می شود.

خازن SMD چیست؟

ساختار خازن الکترولیتی

آند: یک صفحه رسانا که اغلب از فویل آلومینیومی ساخته شده است و به عنوان پایانه مثبت خازن عمل می کند. سه فلز آند مختلف الکترولیتی وجود دارد که از آنها در خازن های الکترولیتی به عنوان دی الکتریک استفاده می شود که عبارتند از آلومینیوم، تانتالیوم و نیوبیم.

کاتد: صفحه رسانا دیگر که با خمیر و یا محلول الکترولیت مخصوص به ترمینال منفی متصل می شود.

لایه دی الکتریک: به طور معمول این لایه اکسید آلومینیوم ساخته شده است، این لایه عایق بیت آند و کاتد را فراهم می کند در حالی که بر روی سطح آند به دلیل یک واکنش الکتروشیمیایی شکل میگیرد.

خمیر الکترولیت: محلول رسانایی که به صورت ژل یا مایع می باشد که در بین کاتد و لایه دی الکتریک قرار می گیرد و به همین دلیل ظرفیت خازن را به طور قابل توجهی افزایش می دهد.

پوشش یا کیس: معمولاً از آلومینیوم یا پلاستیک ساخته شده است که آند، کاتد، دی الکتریک و الکترولیت را در بر میگیرد و محافظت فیزیکی و عایق را فراهم می کند.

سیم های سربی: از آند و کاتد امتداد یافته و به خازن این امکان را می دهند تا به مدار متصل شود.

نوشته و علائم بر روی خازن: شامل اطلاعاتی مانند ظرفیت خازن، ولتاژ و قطبیت خازن می باشند که به ما برای استفاده صحیح و شناسایی مدارهای الکترونیکی کمک می کنند.

انواع خازن‌ الکترولیتی

هر نوع خازن الکترولیتی ویژگی‌ها، مزایا و کاربردهای خاص خود را دارد که آن‌ها را برای مدارها و دستگاه‌های الکترونیکی مختلف مناسب می‌سازد. هنگام انتخاب خازن، مهم است که عواملی مانند ظرفیت، ولتاژ مجاز، اندازه و نیازهای کاربردی را در نظر بگیرید. خازن‌های الکترولیتی خازن‌های قطبی هستند که در ساختار آنها از الکترولیت ها برای داشتن ظرفیت بیشتر نسبت با سایر خازن ها استفاده می شود. انواع خازن های الکترولیتی عبارتند از که در ادامه به بررسی ویژگی آنها می پردازیم:

1. خازن های الکترولیتی آلومینیومی
2. خازن‌های الکترولیتی تانتالیوم
3. خازن‌های الکترولیتی نیوبیوم
4. خازن‌های پلیمری
5. سوپرخازن‌ها (ابر خازن ها)

خازن های الکترولیتی آلومینیومی

• ساختار: از لایه اکسید آلومینیوم به عنوان دی‌الکتریک و الکترولیت استفاده می‌کند.
• محدوده ظرفیت: معمولاً از چند میکروفاراد (µF) تا چند هزار میکروفاراد.
• ولتاژهای مجاز: معمولاً بین ۶.۳ ولت تا ۴۵۰ ولت.
• کاربردها: به طور گسترده در منابع تغذیه، تجهیزات صوتی و کوپلینگ سیگنال استفاده می‌شوند.

برای خرید خازن الکترولیت آلومینیومی کلیک کنید.

خازن‌ الکترولیتی تانتالیوم

• ساختار: از فلز تانتالیوم به عنوان آند و از لایه اکسید تانتالیوم به عنوان دی‌الکتریک استفاده می‌کند.
• محدوده ظرفیت: معمولاً از چند میکروفاراد تا چند صد میکروفاراد.
• ولتاژهای مجاز: معمولاً بین ۶.۳ ولت تا ۵۰ ولت.
• مزایا: اندازه کوچک‌تر برای ظرفیت های گفته شده و ولتاژ مشابه با خازن‌های آلومینیومی و قبل اطمینان تر.
• کاربردها: در دستگاه‌های الکترونیکی کوچک مانند گوشی‌های هوشمند، کامپیوترها و تجهیزات پزشکی استفاده می‌شود.

برای خرید خازن تانتالیوم کلیک کنید.

خازن‌های الکترولیتی نیوبیوم

• ساختار: مشابه خازن‌های تانتالیوم اما از نیوبیوم به عنوان آند استفاده می شود.
• محدوده ظرفیت: مشابه تانتالیوم، معمولاً در محدوده میکروفاراد.
• ولتاژهای مجاز: معمولاً پایین‌تر از خازن‌های تانتالیوم، معمولاً در حدود ۱۰-۲۵ ولت.
• مزایا: کم هزینه تر و قابل اطمینان، به ویژه در کاربردهای با دمای بالا.
• کاربردها: در دستگاه های الکترونیکی مختلف به ویژه در پروژه هایی که هزینه مهم باشد.

خازن‌ پلیمری

• ساختار: به جای الکترولیت مایع از پلیمر رسانا استفاده می‌کند.
• محدوده ظرفیت: مشابه خازن‌های آلومینیومی و تانتالیومی.
• ولتاژهای مجاز: معمولاً بین ۶.۳ ولت تا ۵۰ ولت یا بالاتر.
• مزایا: مقاومت معادل سری (ESR) پایین‌تر، پایداری بهتر و عمر طولانی‌تر.
• کاربردها: در تجهیزات صوتی با عملکرد بالا، مادربوردهای کامپیوتر و الکترونیک‌ قدرت استفاده می‌شود.

ابرخازن ها

• ساختار: می‌تواند بر اساس مواد مختلفی از جمله کربن و اکسیدهای فلزی باشد.
• محدوده ظرفیت: از صدها فاراد تا هزاران فاراد، به طور قابل توجهی بزرگ‌تر از خازن‌های الکترولیتی سنتی.
• ولتاژهای مجاز: معمولاً بین ۲.۵ ولت تا ۳ ولت برای سلول‌های فردی، اما می‌توانند برای ولتاژهای بالاتر انباشته شوند.
• مزایا: ظرفیت بسیار بالای ذخیره انرژی، چرخه‌های شارژ/دشارژ سریع.
• کاربردها: در سیستم‌های ذخیره انرژی، منابع تغذیه پشتیبان و سیستم‌های ترمز احیاکننده استفاده می‌شود.

نماد خازن الکترولیتی

نماد این خازن ها اغلب در الکترونیک به صورت یک مستطیل ساده با یک خط منحنی در یک طرف نشان داده می شود. خط منحنی قطبیت خازن را نمایش می دهد و خط بلند تر نشان دهنده پایه مثبیت + و خط کوتاه تر نشان دهنده پایه منفی می باشد. این نماد به مهندسان و تکنسین های الکترونیک کمک می کند تا جهت گیری و اتصالات خازن های الکترولیتی را در مدارهای الکترونیکی شناسایی کنند.

کاربرد خازن الکترولیتی

منبع تغذیه: از خازن های الکترولیتی در مدارهای منبع تغذیه برای هموار کردن نوسانات ولتاژ از یک منبع برای اطمینان از منبع تغذیه ثابت برای یک دستگاه الکتریکی استفاده می شود.

تجهیزات صوتی: از این خازن ها در آمپلی فایرهای (تقویت کننده) و بلندگوهای صوتی برای کاربردهای کوپلینگ و دی کوپلینگ، فیلتر کردن نویزها، افزایش کیفیت صدا و بهبود سیگنال ها استفاده می شود.

استارتر موتور: خازن های الکترولیتی در مدارهای استارت موتور برای تقویت توان مورد نیاز برای راه اندازی موتورهای الکتریکی در وسایل مختلف و تجهیزات صنعتی استفاده می شود.

بالاست روشنایی: این خازن ها در بالاست روشنایی فلورسنت و تخلیه با شدت بالا (HID) استفاده می شود تا جریان الکتریکی که از لامپ می گذرد را تنظیم کنند و از خروجی نور پایدار و صحیح اطمینان حاصل پیدا کنند.

منبع تغذیه سوئیچینگ: خازن های الکترولیتی برای تنظیم ولتاژ و فیلتر کردن در دستگاه هایی مانند تغذیه کامپیوتر، LED درایورها و دستگاه های الکترونیکی مختلف ضروری هستند.

تجهیزات مخابراتی: خازن های الکترولیتی برای فیلتر کردن سیگنال ها، کاهش نویز و ایمن سازی ارتباطات در دستگاه هایی مانند روترها، مودم و سوئیچ های شبکه استفاده میشوند.

تست خازن الکترولیتی

تست خازن های الکترولیتی می‌تواند به تعیین عملکرد صحیح آنها کمک کند. در اینجا چند روش برای تست خازن الکترولیتی آورده شده است:

1. بررسی ظاهر خازن

برای بررسی خازن ها می توانید به دنبال تغییرات در شکل خازن باشید، به طور مثال بادکردگی خازن (که معمولاً در بالای خازن اتفاق میفتد) نشانه خرابی خازن می باشد و یا مشاهده هرگونه نشتی در خازن.

2.اندازه‌گیری ظرفیت خازن

• با استفاده از مولتی‌متر:
• قطع کردن برق مدار: مطمئن شوید که مدار خاموش است و سپس خازن را تخلیه کنید (ترمینال‌ها را با یک مقاومت کوتاه کنید).
• تنظیم مولتی‌متر: مولتی‌متر را به حالت اندازه‌گیری ظرفیت خازن تنظیم کنید.
• وصل کردن سرها: سرهای مولتی‌متر را به ترمینال‌های خازن وصل کنید دقت کنید که در خازن های پلاریته همچون خازن های الکترولیتی سر مثبت به پایه مثبت و منفی به منفی باید متصل شود.
• خواندن مقدار: مقدار خوانده‌شده را با مقدار ظرفیت خازن مقایسه کنید. اگر مقدار به‌طور قابل توجهی کمتر باشد (بیشتر از حد تلرانس قطعه)، خازن ممکن است خراب باشد.

3.اندازه گیری ESR با استفاده از دستگاه ESR METER

• تخلیه خازن: همانند تست ظرفیت، مطمئن شوید که خازن کاملاً تخلیه شده است.
• وصل کردن دستگاهESR : سرهای دستگاه ESR را به ترمینال‌های خازن وصل کنید.
• خواندن مقدار ESR : مقدار خوانده‌شده را با مشخصات تولیدکننده مقایسه کنید. یک مقدار ESR بالا می‌تواند نشان‌دهنده خرابی خازن باشد.

4.تست نشتی جریان

• با استفاده از منبع تغذیه و آمپرمتر:
• راه‌اندازی مدار: خازن را به یک منبع تغذیه (در محدوده ولتاژ مجاز آن) به‌صورت سری با یک آمپرمتر وصل کنید.
• اندازه‌گیری نشتی: مدار را روشن کرده و مقدار جریان را مشاهده کنید. یک جریان نشتی بالا نشان‌دهنده خرابی خازن است.

5.روش ثابت زمانی

• استفاده از یک مقاومت و اسیلوسکوپ:
• خازن را کاملاً تخلیه کنید
• سپس خازن و مقاومت را به صورت سری به یک منبع تغذیه متصل کنید.
• مشاهده شارژ: از یک اسیلوسکوپ برای نظارت بر ولتاژ در حال شارژ خازن استفاده کنید. ثابت زمانی (τ = R × C) را محاسبه کنید. اگر زمان ثابت به‌طور قابل توجهی با مقدار مورد انتظار متفاوت باشد، خازن ممکن است خراب باشد.

نکات ایمنی

• تخلیه خازن‌ها: همیشه قبل از تست، خازن‌های الکترولیتی را تخلیه کنید، زیرا می‌توانند شارژ نگه دارند که ممکن است شوک ایجاد کند.
• بررسی مشخصات: مطمئن شوید که تجهیزات تست شما برای ولتاژها و ظرفیت‌هایی که با آن‌ها کار می‌کنید، مناسب است.

با استفاده از این روش‌ها، می‌توانید به‌طور مؤثر وضعیت خازن الکترولیتی را ارزیابی کنید. اگر در شک هستید، معمولاً بهترین کار جایگزینی خازن مشکوک است، به‌ویژه در دستگاه های مهم و حیاتی.

نحوه خواندن ظرفیت خازن الکترولیتی

در مورد خازن های الکترولیتی DIP ( Through-Hole )، ظرفیت خازن و ولتاژ آن بر روی خود خازن چاپ شده و به راحتی قابل تشخیص می باشند. به طور مثال خازن الکترولیتی که بر روی آن نوشته شده 10uF 6.3V، دارای ظرفیت 10 میکرو فاراد و حداکثر ولتاژ 6.3 ولت می باشد. اما در مورد خازن الکترولیتی SMD، دو روش مارک کردن بر روی خازن ها وجود دارد. در یکی از آن روش ها به سادگی مثل مدل قبلی، اطلاعات به طور ساده بر روی خازن چاپ می شوند. اما در روش دیگر پیش از سه رقم یک حرف نیز آمده است که نشان دهنده ولتاژ خازن می باشد. در نظر داشته باشید که 2 رقم اول نشان دهنده ظرفیت و رقم سوم نشان دهنده تعداد صفرهایی است که باید به آن اضافه کرد. به طور مثال خازنی که J476 بر روی آن نوشته شده است، دارای ظرفیت 47000000 پیکو فاراد و حداکثر ولتاژ 6.3 ولت می باشد. در جدول زیر شما می توانید راهنمای حروف در خازن های الکترولیتی را مشاهده کنید:

خرید خازن الکترولیتی

همانطور که در این مقاله بررسی شد، خازن های الکترولیتی دارای ظرفیت بسیار بالاتری نسبت به سایر خازن ها می باشند. این خازن ها نقش مهمی در تثبیت ولتاژ، فیلتر کردن سیگنال ها و بهبود عملکرد مدارهای الکترونیکی ایفا می کنند به طوری که امروزه از اجزای حیاتی در دنیای الکترونیک می باشند. برخی از شرکت های اصلی تولید کننده خازن های الکترولیتی عبارتنداز Panasonic, Nichicon, Vishay و AVX که چنانچه قصد خرید خازن الکترولیتی از هر کدام از برندهای معتبر جهانی را دارید می توانید از طریق ارتباط با کارشناسان ما در ایران کامپو سفارش خود را ثبت نمایید.