خازن های تانتالیومی چیست؟و چه کاربردی دارد؟
خازن های تانتالیوم زیرگروهی از خازن های الکترولیتی هستند. آنها از فلز تانتالیوم ساخته می شوند که همچون یک آند عمل می کند و از طریق یک لایه اکسید که همچون دی الکتریک کار می کند پوشیده شده است و توسط یک کاتد رسانا احاطه شده است. بکارگیری از تانتالیوم موجب تولید یک لایه دی الکتریک بسیار نازک می شود. این منجر به مقدار ظرفیت خازنی بالاتر در حجم، ویژگی های فرکانس برتر در مقایسه با بسیاری از انواع دیگر خازن ها و پایداری عالی در طول زمان می شود.
خازن های تانتالیوم معمولا پلاریزه می باشند، به این صورت که امکان دارد تنها با رعایت قطبیت ترمینال درست به منبع DC متصل شوند. نقطه ضعف استفاده از خازن های تانتالیوم وضعیت خرابی نامطلوب آنها است که امکان دارد منجر به گریز حرارتی، آتش سوزی و انفجارهای کوچک شود، ولی می توان از راه استفاده از دستگاه های ایمن خارجی مانند محدود کننده های جریان یا فیوزهای حرارتی از آن جلوگیری کرد.
توسعه فناوری به خازنهای تانتالیوم این امکان را می دهد تا در مدارهای مختلفی استفاده شوند که بیشتر در لپتاپها، صنعت خودروسازی، تلفنهای همراه و سایر موارد، اکثرا به شکل دستگاههای نصب شده روی سطح (SMD) پیدا میشوند. این خازنهای تانتالیومی که روی سطح نصب میشوند، فضای بسیار کمتری روی برد مدار چاپی دارند و انباشتگی بستهبندی بیشتری را ممکن میسازند.
تعریف خازن تانتالیوم
خازن های تانتالیوم خازن های الکترولیتی هستند که از فلز تانتالیوم برای آند استفاده می کنند. آنها خازن های پلاریزه با ویژگی های فرکانس و پایداری برتر هستند.
مشخصات خازن تانتالیوم
خصوصیات عمومی
خازن های تانتالیوم با مقادیر خازنی از 1nF تا 72mF ساخته می شوند و از نظر اندازه بسیار کوچکتر از خازن های الکترولیتی آلومینیومی با همان ظرفیت هستند. درجه ولتاژ خازن های تانتالیوم از ۲ ولت تا بیش از ۵۰۰ ولت متغیر است. آنها دارای مقاومت سری معادل (ESR) ده برابر کوچکتر از ESR خازن های الکترولیتی آلومینیومی هستند، که اجازه می دهد تا جریان های بزرگتری با گرمای کمتری از خازن عبور کنند. خازن های تانتالیومی در طول زمان بسیار پایدار هستند و ظرفیت آنها با افزایش سن تغییر قابل توجهی نمی کند، به خصوص در مقایسه با خازن های الکترولیتی آلومینیومی. آنها در حالت استفاده درست بسیار قابل اعتماد می باشند و عمر مفید آنها کم و بیش بی نهایت است.
قطبیت
خازن های الکترولیتی تانتالیوم دستگاه هایی با قطبش استثنایی هستند. در حالی که خازن های الکترولیتی آلومینیومی، که پلاریزه نیز هستند، ممکن است در یک ولتاژ معکوس اعمال شده کوتاه دوام بیاورند، خازن های تانتالیوم به قطبش معکوس بسیار حساس هستند. اگر یک ولتاژ قطبیت معکوس اعمال شود، اکسید دی الکتریک شکسته می شود و گاهی اوقات یک اتصال کوتاه ایجاد می کند. این اتصال کوتاه ممکن است بعداً باعث فرار حرارتی و تخریب خازن شود.
لازم به ذکر است که خازن های تانتالیوم معمولاً دارای ترمینال مثبت هستند، در مقابل خازن های الکترولیتی آلومینیومی که ترمینال منفی خود را روی بدنه نشان می دهند.
حالت شکست
خازن های تانتالیوم حالت خرابی بالقوه خطرناکی دارند. در صورت افزایش ولتاژ، آند تانتالیوم ممکن است با کاتد دی اکسید منگنز در تماس باشد و اگر انرژی سنبله کافی باشد ممکن است واکنش شیمیایی را آغاز کند. این واکنش شیمیایی تولید گرما می کند و خودبسنده است و ممکن است دود و شعله تولید کند. برای جلوگیری از وقوع این فرار حرارتی، مدارهای خارجی ایمن مانند محدود کننده های جریان و فیوزهای حرارتی باید همراه با خازن های تانتالیوم استفاده شوند.
خازن های تانتالیوم
ساخت و خواص خازن های تانتالیومی
خازن های الکترولیتی تانتالیوم مانند دیگر خازن های الکترولیتی از یک آند، مقداری الکترولیت و یک کاتد تشکیل شده اند. آند از کاتد جدا شده است بنابراین فقط یک جریان DC با نشتی بسیار کوچک ممکن است از خازن عبور کند. آند از فلز تانتالیوم خالص ساخته شده است. این فلز به صورت پودر ریز آسیاب می شود و در دمای بالا به صورت گلوله تف جوشی می شود. این یک آند بسیار متخلخل با سطح بالایی را تشکیل می دهد. سطح بالا به طور مستقیم به افزایش مقدار ظرفیت خازنی ترجمه می شود.