Punti di discussione
Definizione e panoramica
Un condensatore al tantalio è un tipo di condensatore elettrolitico, che è un dispositivo elettrico passivo. Usa una capsula di metallo spugnoso al tantalio come anodo. Uno strato isolante di ossido copre l'anodo. Lo strato di ossido genera inoltre il dielettrico. È circondato da un elettrolita solido o non solido, che funge da catodo.
I condensatori al tantalio sono caratteristiche di alta capacità per volume o alta efficienza volumetrica a causa del suo strato dielettrico molto ragionevole e ad alta permettività. L'aumento del valore di capacità differenzia il condensatore al tantalio da altri tipi di condensatori elettrolitici. È anche un condensatore più costoso di qualsiasi altro tipo elettrolitico.
Questo tipo di condensatore è polarizzato intrinsecamente. Per formare un condensatore al tantalio non polarizzato o bipolare, due condensatori polarizzati sono collegati in serie. I loro anodi sono orientati in direzioni opposte.
Criterio basilare
I condensatori elettrolitici immagazzinano l'energia elettrica come un tipico condensatore. Mantiene l'energia elettrica mediante carica di separazione in un campo elettrico nello strato di ossido dielettrico tra due conduttori.
L'elettrolita solido è il catodo, che forma un altro elettrodo del condensatore. Un condensatore elettrolitico è diverso dai supercondensatori o condensatori elettrochimici, dove l'elettrolita è generalmente la connessione conduttiva ionica.
Una tensione di valore positivo viene applicata sul lato dell'anodo del condensatore elettrolitico al tantalio. La tensione applicata provoca la generazione di un sottile strato di ossido. Questo strato di ossido funziona come materiale dielettrico dei condensatori.
Le caratteristiche dello strato ossidato possono essere rappresentate utilizzando la tabella sottostante.
| Materiale anodico | Materiale dielettrico | Permittività relativa | Struttura dell'ossido | Tensione di rottura (V / μm) |
| Metallo di tantalio | Pentossido di tantalio [Ta2O5] | 27 | Amorfo | 625 |
| Niobio | Pentossido di niobio [Nb2O5] | 41 | Amorfo | 400 |
L'elettrolitico funziona come un catodo per un condensatore elettrolitico al tantalio. Vengono utilizzati diversi tipi di elettroliti. In generale, vengono utilizzati due tipi di elettroliti: soli e non solidi.
Qualsiasi mezzo liquido che abbia un mezzo di conducibilità ionica può essere trattato come un elettrolita non solido. Tipi concreti di elettroliti hanno conduttività elettronica, ed è per questo che gli elettroliti solidi sono più sensibili alle scintille di tensione. Lo strato di ossido può essere danneggiato se tutte le polarità della tensione di ingresso vengono invertite.
Il principio di funzionamento di un condensatore elettrolitico al tantalio si basa su un "condensatore a piastre".
La capacità può essere definita come la formula sotto menzionata -
C = ε * (A / d)
C fornisce il valore della capacità; A fornisce l'area dell'elettrodo, d rappresenta la distanza tra le piastre e ε ci dà il valore di permettività.
La capacità può essere aumentata se l'area dell'elettrodo è aumentata e la permettività dielettrica è aumentata.
Se guardiamo in dettaglio, un condensatore elettrolitico al tantalio ha uno strato dielettrico metallico e la sua costruzione è nell'intervallo di nm / volt. Inoltre, le forze di tensione dello strato di ossido formato sono sufficientemente elevate. Ora, questo sottile dielettrico è combinato con un dielettrico di ossido ad alta tensione e genera un'elevata capacità volumetrica. Questo è il motivo per cui un condensatore elettrolitico al tantalio ha una capacità maggiore di un normale condensatore. Ci sono anche alcune influenze alla base dell'aumento della capacità. Questa è la superficie ruvida dovuta agli anodi incisi e sinterizzati.
La tensione nominale desiderata di un condensatore elettrolitico può essere facilmente prodotta poiché lo strato di ossido dipende dalla tensione applicata all'anodo. I condensatori elettrolitici al tantalio hanno un "prodotto CV" elevato, spiegato come il prodotto della capacità del condensatore e della tensione divisa per il volume.
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Costruzione
Un condensatore elettrolitico al tantalio standard è un condensatore difettoso ed è costituito da polvere di tantalio e sinterizzato in una capsula, che funge da anodo del condensatore. Lo strato di ossido, che funziona come un dielettrico, è costituito da pentossido di tantalio. Il catodo del condensatore è un elettrolitico di biossido di manganese stabile.
Anodo
Come accennato in precedenza, un condensatore al tantalio utilizza la polvere di tantalio come anodo. La polvere è prodotta da puro metallo tantalio. Il condensatore volte volt è il parametro per misurare la cifra di merito della polvere.
La polvere metallica è delimitata da fili di tantalio (filo montante) per formare la capsula o "pallina". Il filo di delimitazione funziona come collegamento anodico del condensatore al tantalio.
Aree di superficie maggiori danno un valore di capacità più elevato. Questo è il motivo per cui per le parti a bassa tensione ad alta capacità vengono utilizzate polveri con CV / ge dimensioni medie inferiori delle particelle. Una tensione specifica può essere raggiunta se possiamo scegliere il tipo corretto di polvere e una temperatura quasi perfetta per la sinterizzazione. Una temperatura di sinterizzazione adeguata può essere di circa - 1200-1800 gradi Celsius.
Dielettrico
Un processo elettrochimico denominato anodizzazione forma il dielettrico sulle particelle di tantalio. Il passaggio principale per creare questo è che il "pellet" viene immerso in una soluzione molto fragile di un acido e la tensione CC fornita.
Come qualsiasi altro condensatore elettrolitico, lo spessore dello strato dielettrico dipende dalla tensione totale applicata. All'inizio del processo, l'alimentatore viene mantenuto in modalità corrente costante fino a quando ea meno che non venga raggiunto lo spessore dielettrico. Dopodiché, la tensione viene mantenuta e la corrente può decadere per ottenere il valore zero. Questo processo fornisce una consistenza invariabile in tutto il dispositivo.
Le equazioni chimiche sono rappresentate di seguito.
2 TA → 2 TA 5+ + 10 e-
2 t.a 5+ + 10OH- →Tà2O5 + 5 H2O
Durante il processo si è verificata anche la formazione di ossidi sulla superficie del materiale. L'ossido alla fine cresce nel materiale. C'è un modo specifico in cui l'ossido cresce. Per ogni unità di spessore di crescita dell'ossido, la parte di due terzi va all'interno, mentre la parte di un terzo va all'esterno. Il limite della tensione nominale massima è anche dovuto al limite nella crescita dell'ossido.
C'è un margine di sicurezza nello spessore dello strato di ossido.
Catodico
Il processo per formare il catodo è la pirolisi del nitrato di manganese nel biossido di manganese. Dopo l'immersione del pellet, viene cotto per produrre la copertura di biossido a circa 250 gradi Celsius. Le equazioni chimiche sono rappresentate di seguito.
Mn (n3 )2 → Mno2 + 2 n2
Per formare uno spesso strato di rivestimento su aree di servizio sia interne che esterne, il processo viene ripetuto ripetutamente attraverso gravità specifiche fluttuanti di soluzioni di nitrato.
Tipi di condensatori al tantalio
Esistono diversi stili di condensatori al tantalio.
Condensatori in chip al tantalio: l'80% dei condensatori al tantalio sono di questo tipo. Sono classificati per il montaggio su superficie.
Condensatori "Perle" al tantalio: sono progettati appositamente per il montaggio su PCB. Sono immersi nella resina.
Condensatori al tantalio con piombo assiale: utilizzati principalmente in applicazioni militari, mediche e spaziali. Ha un elettrolita sia tangibile che non solido.
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Caratteristiche elettriche
Circuito equivalente in serie
I condensatori sono designati come un circuito equivalente in serie ideale con componenti elettrici. Tuttavia, i condensatori al tantalio non possono essere contrassegnati come condensatori idealistici.
Il circuito seguente specifica il modello.
C è la capacità del condensatore; RESR è la resistenza in serie equivalente, che tiene conto di tutte le perdite ohmiche. LESL è l'autoinduttanza del condensatore. Tetra è la resistenza alle perdite.
Capacità, valori standard e tolleranze
La costruzione dell'elettrodo determina le caratteristiche elettriche di un condensatore elettrolitico al tantalio. La capacità dipende anche dai parametri di frequenza e temperatura. L'unità di capacità di un condensatore elettrolitico al tantalio dipende dal microfarad (mu f).
- Applicazioni particolari determinano la tolleranza di capacità richiesta.
- Ciò non richiede tolleranze ristrette.
Pronto e tensione di categoria
La tensione operativa consentita per un condensatore elettrolitico al tantalio è nota come tensione nominale o tensione nominale.
L'applicazione di una tensione superiore a quella nominale può portare alla distruzione del condensatore elettrolitico al tantalio. Anche l'applicazione di una tensione inferiore ha influenzato il condensatore. Una tensione inferiore può prolungare la durata. A volte aumenta l'affidabilità per questo.
Sovratensione
Il picco di tensione standardizzato IEC / EN 60384 è la quantità massima di tensione di picco fornita come ingresso ai condensatori. Viene misurata la durata delle applicazioni del condensatore in numero di cicli.
Tensione transitoria
Se una tensione transitoria o un picco di corrente viene applicata ai condensatori elettrolitici al tantalio, che hanno biossido di manganese stabile come materiale elettrolitico, il condensatore si guasterà.
Tensione inversa
Un tipico condensatore elettrolitico al tantalio è polarizzato e, in generale, avere bisogno dell'anodo deve essere positivo rispetto al catodo.
I condensatori al tantalio possono resistere alla tensione inversa per un breve periodo. A volte la tensione inversa può essere utilizzata per applicazioni in circuiti CA permanenti.
Impedenza
Un condensatore standard è considerato come un componente di accumulo di energia elettrica. A volte i condensatori vengono utilizzati nei circuiti a corrente alternativa come elementi resistivi. Un condensatore elettrolitico viene utilizzato come condensatore di disaccoppiamento in un corso. Blocca la componente CC del segnale con l'aiuto del materiale dielettrico.
corrente di dispersione
La corrente di dispersione dei condensatori al tantalio differenzia questo tipo di condensatori o può essere l'identità di questi condensatori. Il valore della corrente di dispersione può essere influenzato dalla tensione applicata e dalla temperatura dell'anodo.
Simbolo del condensatore
I condensatori elettrolitici hanno un particolare tipo di simbolo per rappresentare i circuiti. È quasi simile al normale simbolo del condensatore, ma un segno più fa la differenza.
Ciao, sono Sudipta Roy. Ho fatto B. Tech in Elettronica. Sono un appassionato di elettronica e attualmente mi dedico al campo dell'elettronica e delle comunicazioni. Nutro un vivo interesse nell'esplorazione delle tecnologie moderne come l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico. I miei scritti sono dedicati a fornire dati accurati e aggiornati a tutti gli studenti. Aiutare qualcuno ad acquisire conoscenze mi dà un immenso piacere.
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