Puntos de discusión
Definición y descripción general
Un condensador de tantalio es un tipo de condensador electrolítico, que es un dispositivo eléctrico pasivo. Utiliza una cápsula de tantalio metálico esponjoso como ánodo. Una capa aislante de óxido cubre el ánodo. La capa de óxido genera además el dieléctrico. Está rodeado por un electrolito sólido o no sólido, que sirve como cátodo.
Los condensadores de tantalio tienen características de alta capacitancia por volumen o alta eficiencia volumétrica debido a su capa dieléctrica muy razonable y de alta permitividad. El valor de capacitancia aumentado diferencia al capacitor de tantalio de otros tipos de capacitores electrolíticos. También es un condensador más caro que cualquier otro tipo electrolítico.
Este tipo de condensador está polarizado de forma inherente. Para formar un condensador de tantalio no polarizado o bipolar, se conectan en serie dos condensadores polarizados. Sus ánodos están orientados en direcciones opuestas.
Principio básico
Los condensadores electrolíticos almacenan energía eléctrica como un condensador típico. Contiene energía eléctrica por carga de separación en un campo eléctrico en la capa de óxido dieléctrico entre dos conductores.
El electrolito sólido es el cátodo y forma otro electrodo del condensador. Un condensador electrolítico es diferente de los supercondensadores o condensadores electroquímicos, donde el electrolito es generalmente la conexión conductora iónica.
Se aplica un voltaje de valor positivo en el lado del ánodo del capacitor de electrolito de tantalio. El voltaje aplicado provoca la generación de una fina capa de óxido. Esta capa de óxido funciona como material dieléctrico de los condensadores.
Las características de la capa oxidada se pueden representar utilizando la siguiente tabla.
| Material del ánodo | Material dieléctrico | Permitividad relativa | Estructura de óxido | Voltaje de ruptura (V / μm) |
| Metal de tantalio | Pentóxido de tantalio [Ta2O5] | 27 | Amorfo | 625 |
| Niobio | Pentóxido de niobio [Nb2O5] | 41 | Amorfo | 400 |
El electrolítico funciona como cátodo para un condensador electrolítico de tantalio. Se utilizan varios tipos de electrolitos. En general, se utilizan dos tipos de electrolitos: solidos y no sólidos.
Cualquier medio líquido que tenga un medio de conductividad iónica puede tratarse como un electrolito no sólido. Los tipos concretos de electrolitos tienen conductividad electrónica, y es por eso que los electrolitos sólidos son más sensibles a las chispas de voltaje. La capa de óxido puede dañarse si se invierten todas las polaridades del voltaje de entrada.
El principio de funcionamiento de un condensador de tantalio electrolítico se basa en un "condensador de placa".
La capacitancia se puede definir como la fórmula que se menciona a continuación:
C = ε * (A / d)
C da el valor de la capacitancia; A da el área del electrodo, d representa la distancia entre las placas y ε nos da el valor de la permitividad.
La capacitancia se puede aumentar si se aumenta el área del electrodo y se aumenta la permitividad dieléctrica.
Si miramos en detalle, un condensador electrolítico de tantalio tiene una capa dieléctrica de hojalata y su construcción está en el rango de nm / voltio. Además, las intensidades de voltaje de la capa de óxido formada son lo suficientemente altas. Ahora, este dieléctrico delgado se combina con dieléctrico de óxido de alto voltaje y genera una capacitancia volumétrica alta. Es por eso que un capacitor de tantalio electrolítico tiene una capacitancia más alta que un capacitor ordinario. También hay algunas influencias detrás del aumento de capacitancia. Esa es la superficie rugosa debida a ánodos grabados y sinterizados.
La tensión nominal deseada de un condensador electrolítico se puede producir fácilmente ya que la capa de óxido depende del voltaje aplicado en el ánodo. Los capacitores electrolíticos de tantalio tienen un alto "producto CV", que se explica como el producto de la capacitancia del capacitor y el voltaje dividido por el volumen.
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Construcción
Un condensador electrolítico de tantalio estándar es un condensador defectuoso y está hecho de polvo de tantalio y sinterizado en una cápsula, que funciona como ánodo del condensador. La capa de óxido, que funciona como dieléctrico, está formada por pentóxido de tantalio. El cátodo del condensador es un electrolítico estable de dióxido de manganeso.
Ánodo
Como se mencionó anteriormente, un condensador de tantalio utiliza polvo de tantalio como ánodo. El polvo se fabrica a partir de metal de tantalio puro. Condensador multiplicado por voltios es el parámetro para medir la figura de mérito del polvo.
El polvo metálico está delimitado por alambres de tantalio (alambre vertical) para formar la cápsula o "pellet". El cable delimitador funciona como la conexión del ánodo del condensador de tantalio.
Las áreas de superficie más grandes dan un valor de capacitancia más alto. Es por eso que los polvos que tienen un CV / gy un tamaño medio de partícula más pequeño se utilizan para piezas de baja tensión de alta capacitancia. Se puede lograr un voltaje específico si podemos elegir el tipo correcto de polvo y una temperatura casi perfecta para sinterizar. Una temperatura de sinterización adecuada puede rondar los 1200-1800 grados Celsius.
El dieléctrico
Un proceso electroquímico llamado anodización forma el dieléctrico sobre las partículas de tantalio. El paso principal para crear esto es que el "gránulo" se sumerge en una solución muy frágil de un ácido y el voltaje de CC suministrado.
Como cualquier otro condensador electrolítico, el grosor de la capa dieléctrica depende del voltaje total aplicado. Al comienzo del proceso, la fuente de alimentación se mantiene en modo de corriente constante hasta que se alcance el espesor dieléctrico. Después de eso, el voltaje se mantiene y la corriente puede decaer para obtener un valor cero. Este proceso proporciona una coherencia invariable en todo el dispositivo.
Las ecuaciones químicas se representan a continuación.
2Ta → 2Ta 5+ + 10 e-
2 Ta 5+ + 10OH- → Ta2O5 + 5 H2O
La formación de óxidos también tuvo lugar en la superficie del material durante el proceso. El óxido finalmente crece en el material. Hay una forma específica en que crece el óxido. Por cada unidad de espesor de crecimiento de óxido, las dos terceras partes van hacia adentro, mientras que una tercera parte va hacia afuera. El límite de la tensión nominal máxima también se debe al límite en el crecimiento de óxido.
Existe un margen de seguridad en el espesor de la capa de óxido.
Catódicos
El proceso para formar el cátodo es la pirólisis de nitrato de manganeso en dióxido de manganeso. Después de la inmersión del gránulo, se hornea para producir la cubierta de dióxido a alrededor de 250 grados Celsius. Las ecuaciones químicas se representan a continuación.
hombre (NO3 )2 → MnO2 + 2NO2
Para formar una capa gruesa de la capa sobre las áreas de servicio internas y externas, el proceso se repite repetidamente mediante la fluctuación de densidades específicas de las soluciones de nitrato.
Tipos de condensadores de tantalio
Hay varios estilos de condensadores de tantalio.
Condensadores de chip de tantalio: el 80% de los condensadores de tantalio son de este tipo. Están clasificados para montaje en superficie.
Condensadores de tantalio 'Perlas': Están especialmente diseñados para montaje en PCB. Se sumergen en resina.
Condensadores de tantalio con terminales axiales: se utilizan principalmente en aplicaciones militares, médicas y espaciales. Tiene electrolitos tangibles y no sólidos.
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Características electricas
Circuito equivalente en serie
Los condensadores se designan como un circuito equivalente en serie ideal con componentes eléctricos. Pero los condensadores de tantalio no se pueden marcar como condensadores idealistas.
El circuito a continuación especifica el modelo.
C es la capacitancia del capacitor; RESR es la resistencia en serie equivalente, que tiene en cuenta todas las pérdidas óhmicas. LESL es la autoinductancia del condensador. Sombría es la resistencia a las fugas.
Capacitancia, valores estándar y tolerancias
La construcción del electrodo determina las características eléctricas de un condensador de tantalio electrolítico. La capacitancia también depende de los parámetros de frecuencia y temperatura. La unidad de capacitancia de un condensador de tantalio electrolítico depende de microfaradios (mu f).
- Las aplicaciones particulares determinan la tolerancia requerida de capacitancia.
- Esto no necesita tolerancias estrechas.
Voltaje listo y de categoría
La tensión de funcionamiento permitida para un condensador electrolítico de tantalio se conoce como tensión nominal o tensión nominal.
La aplicación de un voltaje superior al nominal puede provocar la destrucción del condensador electrolítico de tantalio. La aplicación de un voltaje más bajo también ha influido en el condensador. Un voltaje más bajo puede extender la vida útil. A veces, aumenta la confiabilidad.
Sobretensión
La sobretensión normalizada IEC / EN 60384 es la cantidad máxima de tensión pico que se suministra como entrada a los condensadores. Se mide por la duración de las aplicaciones del condensador en ningún ciclo.
Voltaje transitorio
Si se aplica un voltaje transitorio o un pico de corriente a los capacitores electrolíticos de tantalio, que tienen dióxido de manganeso estable como material electrolítico, eso hará que el capacitor falle.
Voltage en reversa
Un condensador electrolítico de tantalio típico está polarizado y, en general, tiene necesidad de que el ánodo sea positivo en relación con el cátodo.
Los capacitores de tantalio pueden soportar voltaje inverso durante un período corto. A veces, el voltaje inverso se puede usar para aplicaciones en circuitos de CA permanentes.
Impedancia
Un condensador estándar se considera un componente de almacenamiento de energía eléctrica. A veces, los condensadores se implementan en circuitos de corriente alternativa como elementos resistivos. Un condensador electrolítico se utiliza como condensador de desacoplamiento en un curso. Bloquea el componente de CC de la señal con la ayuda del material dieléctrico.
Corriente de fuga
La corriente de fuga de los condensadores de tantalio diferencia este tipo de condensadores o puede ser la identidad de estos condensadores. El valor de la corriente de fuga se verá influenciado por el voltaje y la temperatura aplicados al ánodo.
Símbolo de condensador
Los condensadores electrolíticos tienen un tipo particular de símbolo para representar circuitos. Es casi similar al símbolo del condensador normal, pero un signo más marca la diferencia.
Hola, soy Sudipta Roy. He realizado B. Tech en Electrónica. Soy un entusiasta de la electrónica y actualmente me dedico al campo de la Electrónica y las Comunicaciones. Tengo un gran interés en explorar tecnologías modernas como la IA y el aprendizaje automático. Mis escritos están dedicados a proporcionar datos precisos y actualizados a todos los estudiantes. Ayudar a alguien a adquirir conocimientos me produce un inmenso placer.
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