در این مقاله  به پارامتر ضریب اتلاف (df)TAN δ) Capacitor Dissipation Factor) میپردازیم.در حالت ایده ال باید خازن هیچ تلفاتی نداشته باشد اما در واقعیت اینگونه نیست. استنباط این تلفات به نام ضریب اتلاف خازن (df) Capacitor Dissipation Factor بیان میشود همچنین این پارامتر با نام loss tangent  نیز  گفته میشود و معمولا در فرکانس 120 هرتز و 1 کیلوهرتز توسط کارخانه های  سازنده معمولا به صورت اعشار یا درصد بیان می شود.هر دو پارامتر esr و df به افت توان درخازن و  ایجاد گرما در خازن مربوط هستند و از پارامترهای بسیار مهم  در خازن به شمار میروند.

باید در ابتدا  به این نکته اشاره کنیم در خازن ایده ال اختلاف فاز ولتاژ و جریان خازن 90- درجه است.یعنی جریان 90 درجه از ولتاژ عقب تر است.خوب ما این را با تتا (θ) نشان میدهیم.

 

در یک خازن ایده آل، ضریب اتلاف، صفر است که نشان دهنده عدم اتلاف انرژی خازن در حین کار است. اما به دلیل ایده ال نبودن خازن مقدار ان متفاوت خواهد شد. این میزان انحراف و تغییر فازی که بین ولتاژ و جریان ایجاد میشود را با حرف یونانیTan delta (δ) بیان میکنند.در این حالت است که توان از اکتیو به سمت راکتیو میرود.ضریب اتلاف تحت تاثیر جنس و ضخامت دی الکتریک، ضخامت الکترود خازن،فرکانس و دما میباشد.که در ادامه توضیح خواهم داد.

 

ضریب اتلاف خازن به صورت مستقیم بر عملکرد خازن اثر گذار است و در واقع ضریب اتلاف خازن (DF)  پایین نشان دهنده این است که انرژی کمتری به صورت گرما هدر میرود،خازن توانایی بیشتری در حفظ انرژی دارد و هرچه کمتر باشد نشانه قابلیت پایداری،ثبات و دوام خازن و طول عمر و کارایی بالای خازن است.به طور کل ضریب اتلاف کم نشان می دهد که خازن در ذخیره و آزادسازی انرژی بسیار کارآمد است.یک ضریب اتلاف کم نشان دهنده سلامت دی الکتریک نیز هست.

ضریب اتلاف بالا منجر به تولید گرمای بیشتری در خازن شده و میتواند تاثیر مستقیم بر سیکل شارژ و دشارژ خازن ایجاد کند و احتمال خرابی را بیشتر کند .

طبق فرمول، نسبت esr به راکتانس خازن در یک فرکانس خاص میباشد.ESR رابطه مستقیمی با ضریب اتلاف خازن دارد.

اثر فرکانس:

در فرکانس پایین ضریب اتلاف تقریبا ثابت است اما با افزایش فرکانس ضزیب اتلاف افزایش میابد.افزایش ضریب اتلاف در فرکانس های بالاتر می تواند منجر به اتلاف انرژی بیشتر و کاهش راندمان خازن، به ویژه در کاربردهای AC شود.همانطور که در گراف پایین میبنیم با افزایش فرکانس ضریب اتلاف بالا میرود.

اثر دما

ضریب اتلاف یک خازن معمولاً با افزایش دما افزایش می یابد.  تلفات انرژی در یک خازن را می توان هم  به هادی ها نسبت داد  و هم مواد دی الکتریک،همانطور که در ابتدا اشاراتی شد،افزایش ضریب اتلاف به دلیل تغییرات در خواص دی الکتریک ب کار رفته در خازن و افزایش رسانایی دی الکتریک رخ میدهد. علاوه بر این، تغییرات در مقاومت الکترودها نیز به افزایش ضریب اتلاف کمک می کند.با افزایش دما، حرکت مولکولی درون ماده دی الکتریک تشدید می شود، رسانایی مواد دی الکتریک افزایش یافته که منجر به تلفات دی الکتریک بیشتر و افزایش ضریب اتلاف می شود.

الکترودهای یک خازن می توانند به طور قابل توجهی بر ضریب اتلاف آن تأثیر بگذارند.  و باید  از موادی با رسانایی بالاتری ساخته شوند که منجر به اتلاف کمتر شوند. به دلیل این که مواد با رسانایی بالاتر مقاومت کمتری در برابر جریان الکتریکی داشته و منجر به به کاهش اتلاف انرژی و بهبود راندمان خازن در ذخیره و آزادسازی انرژی در خازن می شود.برعکس، الکترودهای ساخته شده از موادی با رسانایی پایین‌تر می‌توانند به دلیل افزایش مقاومت به  اتلاف بیشتر کمک  می کنند.که این منجر به اتلاف انرژی بیشتر در قالب گرما می شود.

در چه مداراتی ضریب اتلاف اهمیت ویژه ای دارد؟

در مدارات صوتی،RF، الکترونیک قدرت،سویچینگ ها و مدارات فرکانس بالا بهتر است از خازنی با کمترین ضریب اتلاف استفاده شود.مثلا ضریب اتلاف بالا در مدارات صوتی موجب اعوجاج و نویز ناخواسته در خروجی  شده و کیفیت صدا و شفافیت ان را پایین می اورند،در منابع تغذیه سویچینگ،اینورتر ها و کانورتر ها، ضریب اتلاف بالا موجب کاهش کلی راندمان و منجر به افزایش گرما بیش از حد میشود که به طور مستقیم میتواند طول عمر کل قطعات را کم کند.

در مدارات رادیویی و rf استفاده از خازن با ضریب اتلاف بسیار کم،برای حفظ خلوص سیگنال و تمیزی ان بسیار مهم است و نتیجه ان عدم ایجاد تضعیف و اعوجاج در فرکانس های بالا میباشد.

پس در مدارات حساس باید دنبال خازن های با کیفیت بود در واقع ضمن esr پایین باید ضریب اتلاف ان ها در فرکانس های کاری مدنظر ما مورد تست و بررسی قرار گیرد تا خازن بهترین کارایی را در فرکانس مدنظر ما داشته باشد که این کار با دستگاه lcr متر انجام میشود.

برای مثال خازن jwco سری hgd کارخانه سازنده در دیتاشیت این خازن ضریب اتلاف را بیان کرده است:

 

 

 

*****در تستر های lcr متر بازار این پارامتر با حرف d نشان داده و با دستگاه lcr متر قابل اندازه گیری در فرکانس های مختلف است(در این مورد در پستی مجزا توضیح خواهم داد)