Pontos de discussão
Definição e Visão Geral
Um capacitor de tântalo é um tipo de capacitor eletrolítico, que é um dispositivo elétrico passivo. Ele usa uma cápsula de metal esponjoso de tântalo como ânodo. Uma camada isolante de óxido cobre o ânodo. A camada de óxido gera ainda mais o dielétrico. Ele é cercado por um eletrólito sólido ou não sólido, que serve como um cátodo.
Capacitores de tântalo são características de alta capacitância por volume ou alta eficiência volumétrica por causa de sua camada dielétrica muito razoável e de alta permissividade. O valor de capacitância aumentado diferencia o capacitor de tântalo de outros tipos de capacitores eletrolíticos. É também um capacitor mais caro do que qualquer outro tipo de eletrolítico.
Este tipo de capacitor é polarizado inerentemente. Para formar um capacitor de tântalo não polarizado ou bipolar, dois capacitores polarizados são conectados em série. Seus ânodos são orientados em direções opostas.
Principio básico
Os capacitores eletrolíticos armazenam energia elétrica como um capacitor típico. Ele mantém a energia elétrica por carga de separação em um campo elétrico na camada de óxido dielétrico entre dois condutores.
O eletrólito sólido é o cátodo, formando outro eletrodo do capacitor. Um capacitor eletrolítico é diferente de supercapacitores ou capacitores eletroquímicos, onde o eletrólito é geralmente a conexão condutora iônica.
Uma tensão de valor positivo é aplicada no lado do ânodo do capacitor de eletrólito de tântalo. A voltagem aplicada causa a geração de uma fina camada de óxido. Esta camada de óxido funciona como o material dielétrico dos capacitores.
As características da camada oxidada podem ser representadas usando a tabela abaixo.
| Material do ânodo | Material dielétrico | Permissividade Relativa | Estrutura do óxido | Tensão de ruptura (V / μm) |
| Metal de tântalo | Pentóxido de tântalo [Ta2O5] | 27 | Amorfo | 625 |
| Nióbio | Pentóxido de nióbio [Nb2O5] | 41 | Amorfo | 400 |
O eletrolítico funciona como um cátodo para um capacitor eletrolítico de tântalo. Vários tipos de eletrólitos são usados. Em geral, são usados dois tipos de eletrólitos - solos e não sólidos.
Qualquer meio líquido que tenha um meio de condutividade iônica pode ser tratado como um eletrólito não sólido. Os eletrólitos do tipo concreto têm condutividade de elétrons e é por isso que os eletrólitos sólidos são mais sensíveis às faíscas de voltagem. A camada de óxido pode ser danificada se todas as polaridades da tensão de entrada forem invertidas.
O princípio de funcionamento de um capacitor eletrolítico de tântalo é baseado em um 'capacitor de placa'.
A capacitância pode ser definida como a fórmula abaixo mencionada -
C = ε * (A / d)
C fornece o valor da capacitância; A fornece a área do eletrodo, d representa a distância entre as placas e ε fornece o valor da permissividade.
A capacitância pode ser aumentada se a área do eletrodo for aumentada e a permissividade dielétrica for aumentada.
Se olharmos em detalhes, um capacitor eletrolítico de tântalo tem uma camada dielétrica diminuta e sua construção está na faixa de nm / volt. Além disso, as forças de tensão da camada de óxido formada são altas o suficiente. Agora, este fino dielétrico é combinado com o óxido dielétrico de alta tensão e gera alta capacitância volumétrica. É por isso que um capacitor eletrolítico de tântalo tem uma capacitância maior do que um capacitor comum. Existem também algumas influências por trás do aumento na capacitância. Essa é a área de superfície rugosa devido aos ânodos gravados e sinterizados.
A classificação de voltagem desejada de um capacitor eletrolítico pode ser facilmente produzida, pois a camada de óxido depende da voltagem aplicada no ânodo. Os capacitores eletrolíticos de tântalo têm um “produto CV” alto, explicado como o produto da capacitância do capacitor e da tensão dividida pelo volume.
Saiba mais sobre os diferentes tipos de capacitores!
Construção
Um capacitor eletrolítico de tântalo padrão é um capacitor defeituoso e feito de pó de tântalo e sinterizado em uma cápsula, que funciona como o ânodo do capacitor. A camada de óxido, que funciona como um dielétrico, é composta de pentóxido de tântalo. O cátodo do capacitor é um eletrolítico de dióxido de manganês estável.
anódio
Como mencionado anteriormente, um capacitor de tântalo usa pó de tântalo como ânodo. O pó é fabricado com metal de tântalo puro. Capacitor vezes volts é o parâmetro para medir a figura de mérito do pó.
O pó metálico é delimitado por fios de tântalo (fio riser) para formar a cápsula ou 'pellet'. O fio limitador funciona como a conexão do ânodo do capacitor de tântalo.
Áreas de superfície maiores fornecem valor de capacitância mais alto. É por isso que os pós com alto CV / ge tamanhos de partícula médios menores são usados para peças de alta capacitância e baixa tensão. Uma tensão específica pode ser alcançada se pudermos escolher o tipo correto de pó e uma temperatura quase perfeita para sinterização. Uma temperatura de sinterização adequada pode ser em torno de - 1200-1800 graus Celsius.
Dielétrico
Um processo eletroquímico denominado anodização forma o dielétrico sobre as partículas de tântalo. O primeiro passo para criar isso é que o 'pellet' é submerso em uma solução muito frágil de um ácido e a voltagem DC fornecida.
Como qualquer outro capacitor eletrolítico, a espessura da camada dielétrica depende da tensão total aplicada. No início do processo, a fonte de alimentação é mantida em modo de corrente constante até e a menos que a espessura dielétrica seja atingida. Depois disso, a tensão é mantida e a corrente pode diminuir para chegar ao valor zero. Este processo fornece uma consistência invariável em todo o dispositivo.
As equações químicas são representadas abaixo.
2 Ta → 2 Ta 5+ + 10 e-
2 Ta 5+ + 10OH- →Ta2O5 + 5 H2O
A formação de óxidos também ocorreu na superfície do material durante o processo. O óxido finalmente cresce no material. Existe uma maneira específica de o óxido crescer. Para cada espessura de unidade de crescimento de óxido, a parte de dois terços vai para dentro, enquanto um terço vai para fora. O limite da classificação de tensão máxima também é devido ao limite no crescimento do óxido.
Existe uma margem de segurança na espessura da camada de óxido.
Cátodo
O processo para formar o cátodo é a pirólise do nitrato de manganês em dióxido de manganês. Após a submersão da pelota, ela é cozida para produzir a capa de dióxido em cerca de 250 graus Celsius. As equações químicas são representadas abaixo.
Mn (NÃO3 )2 → MnO2 + 2 NÃO2
Para formar uma camada espessa de revestimento sobre as áreas de serviço internas e externas, o processo é repetido repetidamente por meio de gravidades específicas flutuantes de soluções de nitrato.
Tipos de capacitores de tântalo
Existem vários estilos de capacitores de tântalo.
Capacitores de tântalo com chip: 80% dos capacitores de tântalo são desse tipo. Eles são classificados para montagem em superfície.
Capacitores de tântalo 'pérolas': Eles são especialmente projetados para montagem em PCB. Eles são mergulhados em resina.
Capacitores de tântalo com chumbo axiais: Mais usados em aplicações militares, médicas e espaciais. Possui eletrólito tangível e não sólido.
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Características elétricas
Circuito equivalente em série
Os capacitores são designados como um circuito equivalente em série ideal com constituintes elétricos. Mas, os capacitores de tântalo não podem ser marcados como capacitores idealistas.
O circuito abaixo especifica o modelo.
C é a capacitância do capacitor; RESR é a resistência em série equivalente, que leva em consideração todas as perdas ôhmicas. euESL é a auto-indutância do capacitor. Desolado é a resistência ao vazamento.
Capacitância, valores padrão e tolerâncias
A construção do eletrodo determina as características elétricas de um capacitor eletrolítico de tântalo. A capacitância também depende dos parâmetros de frequência e temperatura. A unidade da capacitância de um capacitor eletrolítico de tântalo depende do microfarad (mu f).
- Aplicações particulares determinam a tolerância de capacitância necessária.
- Isso não precisa de tolerâncias estreitas.
Pronto e tensão de categoria
A tensão de operação permitida para um capacitor eletrolítico de tântalo é conhecida como tensão nominal ou tensão nominal.
A aplicação de tensão maior do que a nominal pode levar à destruição do capacitor eletrolítico de tântalo. A aplicação de tensão mais baixa também influenciou o capacitor. Uma tensão mais baixa pode estender a vida útil. Às vezes, aumenta a confiabilidade para ele.
Sobretensão
A tensão de surto padronizada IEC / EN 60384 é a quantidade máxima de tensão de pico fornecida como entrada para os capacitores. É medido pela duração das aplicações do capacitor em nenhum dos ciclos.
Tensão transiente
Se uma tensão transiente ou um pico de corrente for aplicado a capacitores eletrolíticos de tântalo, que têm dióxido de manganês estável como material eletrolítico, isso levará o capacitor à falha.
Voltagem inversa
Um capacitor eletrolítico de tântalo típico é polarizado e, em geral, precisa que o ânodo seja positivo em relação ao cátodo.
Capacitores de tântalo podem suportar tensão reversa por um curto período. Às vezes, a tensão reversa pode ser usada para aplicações em circuitos CA permanentes.
Impedância
Um capacitor padrão é considerado um componente de armazenamento de energia elétrica. Às vezes, os capacitores são implantados em circuitos de corrente alternativa como elementos resistivos. Um capacitor eletrolítico é usado como um capacitor de desacoplamento em um curso. Ele bloqueia o componente DC do sinal com a ajuda do material dielétrico.
corrente de Fuga
A corrente de fuga dos capacitores de tântalo diferencia esses tipos de capacitores ou pode ser a identidade desses capacitores. O valor da corrente de fuga é influenciado pela tensão e temperatura aplicadas do ânodo.
Símbolo do capacitor
Os capacitores eletrolíticos têm um tipo específico de símbolo para representar circuitos. É quase semelhante ao símbolo do capacitor regular, mas um sinal de mais faz a diferença.
Olá, meu nome é Sudipta Roy. Eu fiz B. Tecnologia em Eletrônica. Sou um entusiasta da eletrônica e atualmente me dedico à área de Eletrônica e Comunicações. Tenho grande interesse em explorar tecnologias modernas, como IA e aprendizado de máquina. Meus escritos são dedicados a fornecer dados precisos e atualizados a todos os alunos. Ajudar alguém a adquirir conhecimento me dá imenso prazer.
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