Punkty dyskusji
Definicja i przegląd
Kondensator tantalowy to jeden rodzaj kondensatora elektrolitycznego, który jest pasywnym urządzeniem elektrycznym. Jako anodę wykorzystuje kapsułkę z gąbczastego metalu tantalowego. Izolacyjna warstwa tlenku pokrywa anodę. Warstwa tlenku dalej wytwarza dielektryk. Jest otoczony stałym lub nie stałym elektrolitem, który służy jako katoda.
Kondensatory tantalowe charakteryzują się wysoką pojemnością na objętość lub wysoką sprawnością objętościową ze względu na bardzo rozsądną warstwę dielektryczną o wysokiej przenikalności. Zwiększona wartość pojemności odróżnia kondensator tantalowy od innych typów kondensatorów elektrolitycznych. Jest to również droższy kondensator niż jakikolwiek inny rodzaj elektrolityczny.
Ten typ kondensatora jest z natury spolaryzowany. Aby utworzyć niespolaryzowany lub bipolarny kondensator tantalowy, dwa spolaryzowane kondensatory są połączone szeregowo. Ich anody są skierowane w przeciwnych kierunkach.
Podstawowa zasada
Kondensatory elektrolityczne przechowują energię elektryczną jako typowy kondensator. Utrzymuje moc elektryczną poprzez ładunek separacyjny w polu elektrycznym w warstwie tlenku dielektrycznego między dwoma przewodnikami.
Elektrolit stały jest katodą, tworzącą kolejną elektrodę kondensatora. Kondensator elektrolityczny różni się od superkondensatorów lub kondensatorów elektrochemicznych, w których elektrolit jest ogólnie połączeniem przewodzącym jony.
Po stronie anody kondensatora elektrolitu tantalowego przykładane jest napięcie o wartości dodatniej. Przyłożone napięcie powoduje powstanie cienkiej warstwy tlenku. Ta warstwa tlenku działa jako materiał dielektryczny kondensatorów.
Charakterystykę utlenionej warstwy można przedstawić za pomocą poniższej tabeli.
| Materiał anodowy | Materiał dielektryczny | Względna przenikalność | Struktura tlenku | Napięcie przebicia (V / μm) |
| Metal tantalowy | Pentatlenek tantalu [Ta2O5] | 27 | Amorficzny | 625 |
| niob | Pięciotlenek niobu [Nb2O5] | 41 | Amorficzny | 400 |
Elektrolit działa jak katoda dla tantalowego kondensatora elektrolitycznego. Stosuje się kilka rodzajów elektrolitów. Ogólnie stosuje się dwa rodzaje elektrolitów - stały i niestały.
Każdy ciekły ośrodek, który ma ośrodek przewodnictwa jonowego, może być traktowany jako elektrolit w stanie stałym. Konkretne typy elektrolitów mają przewodnictwo elektronowe, dlatego elektrolity stałe są bardziej wrażliwe na iskry napięcia. Warstwa tlenku może zostać uszkodzona, jeśli wszystkie polaryzacje napięcia wejściowego zostaną odwrócone.
Zasada działania elektrolitycznego kondensatora tantalowego opiera się na „kondensatorze płytkowym”.
Pojemność można zdefiniować za pomocą poniższego wzoru -
C = ε * (A / d)
C podaje wartość pojemności; A to pole powierzchni elektrody, d to odległość między płytami, a ε to przenikalność elektryczna.
Pojemność można zwiększyć, jeśli powierzchnia elektrody zostanie zwiększona, a przenikalność dielektryczna zostanie zwiększona.
Jeśli przyjrzymy się dokładniej, kondensator elektrolityczny tantalowy ma metaliczną warstwę dielektryczną, a jego konstrukcja mieści się w zakresie nm / wolt. Również siły napięciowe utworzonej warstwy tlenku są wystarczająco wysokie. Teraz ten cienki dielektryk jest połączony z dielektrykiem tlenkowym wysokiego napięcia i generuje dużą pojemność wolumetryczną. Dlatego elektrolityczny kondensator tantalowy ma wyższą pojemność niż zwykły kondensator. Istnieją również pewne czynniki wpływające na wzrost pojemności. To jest chropowata powierzchnia spowodowana wytrawionymi i spiekanymi anodami.
Żądane napięcie znamionowe kondensatora elektrolitycznego można łatwo uzyskać, ponieważ warstwa tlenku jest zależna od napięcia przyłożonego do anody. Tantalowe kondensatory elektrolityczne mają wysoki „iloczyn CV”, co tłumaczy się jako iloczyn pojemności kondensatora i napięcia podzielony przez objętość.
Dowiedz się więcej o różnych typach kondensatorów!
Budownictwo
Standardowy kondensator elektrolityczny tantalowy jest kondensatorem skazowym i składa się z proszku tantalu i jest spiekany w kapsułę, która działa jako anoda kondensatora. Warstwa tlenku, która działa jak dielektryk, składa się z pięciotlenku tantalu. Katoda kondensatora to stabilny elektrolityczny dwutlenek manganu.
Anoda
Jak wspomniano wcześniej, kondensator tantalowy wykorzystuje proszek tantalu jako anodę. Proszek jest produkowany z czystego metalu tantalowego. Kondensator razy wolty jest parametrem służącym do pomiaru współczynnika dobroci proszku.
Proszek metaliczny jest związany drutami tantalowymi (drutem wznośnym), tworząc kapsułkę lub „pastylkę”. Przewód ograniczający działa jako połączenie anodowe kondensatora tantalowego.
Większe pola powierzchni dają wyższą wartość pojemności. Dlatego proszki o wysokim współczynniku CV / g i mniejszych średnich rozmiarach cząstek są stosowane do części o wysokiej pojemności i niskim napięciu. Określone napięcie można osiągnąć, jeśli potrafimy dobrać odpowiedni rodzaj proszku i prawie idealną temperaturę do spiekania. Odpowiednia temperatura spiekania może wynosić około - 1200-1800 stopni Celsjusza.
Dielektryk
Proces elektrochemiczny zwany anodowaniem tworzy dielektryk na cząstkach tantalu. Pierwszym krokiem do stworzenia tego jest zanurzenie „pelletu” w bardzo kruchym roztworze kwasu i dostarczonym napięciu stałym.
Jak w przypadku każdego innego kondensatora elektrolitycznego, grubość warstwy dielektrycznej zależy od całkowitego przyłożonego napięcia. Na początku procesu zasilacz jest utrzymywany w trybie prądu stałego do momentu osiągnięcia odpowiedniej grubości dielektryka. Następnie napięcie jest utrzymywane, a prąd może spaść, aby uzyskać wartość zerową. Ten proces zapewnia niezmienną spójność w całym urządzeniu.
Równania chemiczne przedstawiono poniżej.
2 Ta → 2 Ta 5+ + 10 e-
2 Ta 5+ + 10OH- → Ta2O5 + 5H2O
Podczas procesu powstawanie tlenków miało również miejsce na powierzchni materiału. Ostatecznie tlenek wrasta w materiał. Istnieje specyficzny sposób wzrostu tlenku. Każda jednostka grubości wzrostu tlenku, dwie trzecie udziału trafia do środka, a jedna trzecia na zewnątrz. Granica maksymalnego napięcia znamionowego wynika również z ograniczenia wzrostu tlenków.
Grubość warstwy tlenku zapewnia margines bezpieczeństwa.
Katoda
Proces tworzenia katody polega na pirolizie azotanu manganu do dwutlenku manganu. Po zanurzeniu pelletu, który jest wypalany w temperaturze około 250 stopni Celsjusza, w celu wytworzenia powłoki dwutlenku węgla. Równania chemiczne przedstawiono poniżej.
Mn (NIE3 )2 → MnO2 + 2 NIE2
Aby zbudować grubą warstwę powłoki zarówno na wewnętrznych, jak i zewnętrznych obszarach usługowych, proces jest powtarzany przez zmienne ciężary właściwe roztworów azotanów.
Rodzaje kondensatorów tantalowych
Istnieje kilka rodzajów kondensatorów tantalowych.
Kondensatory tantalowe: 80% kondensatorów tantalowych jest tego typu. Są podzielone na kategorie do montażu natynkowego.
Kondensatory tantalowe „Pearls”: są specjalnie zaprojektowane do montażu na PCB. Są zanurzone w żywicy.
Kondensatory tantalowe z ołowiem osiowym: stosowane głównie w zastosowaniach wojskowych, medycznych i kosmicznych. Zawiera elektrolit zarówno materialny, jak i niestały.
Wiedz o kondensatorach ceramicznych!
Parametry elektryczne
Szeregowy obwód zastępczy
Kondensatory są określane jako idealny szeregowy obwód równoważny ze składnikami elektrycznymi. Ale kondensatory tantalowe nie mogą być oznaczone jako idealistyczne kondensatory.
Poniższy obwód określa model.
C jest pojemnością kondensatora; RESR jest równoważną rezystancją szeregową, która uwzględnia wszystkie straty omowe. LESL jest indukcyjnością własną kondensatora. Bleak to odporność na przeciekanie.
Pojemność, wartości standardowe i tolerancje
Budowa elektrody determinuje charakterystykę elektryczną elektrolitycznego kondensatora tantalowego. Pojemność zależy również od parametrów częstotliwości i temperatury. Jednostka pojemności elektrolitycznego kondensatora tantalowego zależy od mikrofaradu (mu f).
- Poszczególne aplikacje określają wymaganą tolerancję pojemności.
- Nie wymaga to wąskich tolerancji.
Gotowość i napięcie kategorii
Dopuszczalne napięcie robocze dla tantalowego kondensatora elektrolitycznego jest znane jako napięcie znamionowe lub napięcie znamionowe.
Podanie napięcia wyższego niż znamionowe może doprowadzić do zniszczenia tantalowego kondensatora elektrolitycznego. Przyłożenie niższego napięcia również wpłynęło na kondensator. Niższe napięcie może wydłużyć żywotność. Czasami zwiększa to niezawodność.
Napięcie udarowe
Znormalizowane napięcie udarowe IEC / EN 60384 to maksymalna wartość napięcia szczytowego, które jest dostarczane jako wejście do kondensatorów. Jest mierzony przez czas działania kondensatora w liczbie cykli.
Napięcie przejściowe
Jeśli przejściowe napięcie lub skok prądu zostanie przyłożony do tantalowych kondensatorów elektrolitycznych, które mają stabilny dwutlenek manganu jako materiał elektrolityczny, doprowadzi to do awarii kondensatora.
Napięcie wsteczne
Typowy elektrolityczny kondensator tantalowy jest spolaryzowany i generalnie wymaga anody musi być dodatnia względem katody.
Kondensatory tantalowe mogą wytrzymać napięcie wsteczne przez krótki okres. Czasami napięcie wsteczne może być używane do zastosowań w stałych obwodach prądu przemiennego.
Impedancja
Standardowy kondensator jest uważany za składnik magazynujący energię elektryczną. Czasami kondensatory są rozmieszczone w obwodach prądu alternatywnego jako elementy rezystancyjne. Kondensator elektrolityczny jest używany jako kondensator odsprzęgający w trakcie. Blokuje składową stałą sygnału za pomocą materiału dielektrycznego.
Prąd upływu
Prąd upływowy kondensatorów tantalowych odróżnia tego typu kondensatory lub może być tożsamością tych kondensatorów. Wartość prądu upływu zależy od przyłożonego napięcia i temperatury anody.
Symbol kondensatora
Kondensatory elektrolityczne mają określony typ symbolu reprezentującego obwody. Jest prawie podobny do zwykłego symbolu kondensatora, ale znak plus robi różnicę.
Cześć, jestem Sudipta Roy. Zrobiłem B. Tech w elektronice. Jestem entuzjastą elektroniki i obecnie zajmuję się dziedziną elektroniki i komunikacji. Interesuję się nowoczesnymi technologiami, takimi jak sztuczna inteligencja i uczenie maszynowe. Moje teksty skupiają się na dostarczaniu dokładnych i aktualnych danych wszystkim uczniom. Pomaganie komuś w zdobywaniu wiedzy sprawia mi ogromną przyjemność.
Połączmy się poprzez LinkedIn –
