Универсальный внешний накопитель для всех iOS-устройств, совместим с PC/Mac, Android
Header Banner
8 800 100 5771 | +7 495 540 4266
c 9:00 до 24:00 пн-пт | c 10:00 до 18:00 сб
0 Comments

Содержание

Преимущества танталовых и керамических конденсаторов

Танталовые (Ta) конденсаторы и многослойные керамические конденсаторы (МКК) – два типа широко распространенных конденсаторов, которые применяются в широком ряде электронных устройств. Хотя обе эти технологии выполняют одинаковую функцию, конденсаторы очень различаются по конструкции, использованным материалам и эффективности при разных условиях. Следовательно, разработчик должен понимать их относительные преимущества друг перед другом, чтобы сделать правильный выбор.

Базовые сведения

Понимание рабочих характеристик танталовых и многослойных керамических конденсаторов, в т. ч. надежности использования и реакции на изменение температуры и напряжения, типовых параметров испытаний и того, как были усовершенствованы конденсаторы каждого из этих типов, позволяет создавать дееспособные электронные устройства.

Начнем с базовых понятий. Для расчета емкости конденсатора используется формула:

C = εR ∙ ε0 ∙ (S/d),

где C – емкость, Ф; S – площадь перекрытия двух пластин, м

2; εR – относительная диэлектрическая проницаемость среды; ε0 – диэлектрическая проницаемость вакуума; d – расстояние между пластинами (или толщина диэлектрика), м.

 

Танталовые конденсаторы

Высокая емкость танталовых конденсаторов достигается за счет сочетания нескольких факторов, включая использование пятиокиси тантала (Ta2O5, εR = 27) в качестве диэлектрика, большой площади поверхности пластин и очень тонкому слою ди­электрика. Положительно заряженная пластина танталового конденсатора состоит из прессованного и спекшегося в виде гранул танталового порошка. Эти гранулы обладают хорошей пористой структурой, суммарно обеспечивая большую поверхностную площадь пластины (см. рис. 1). Коэффициент осаждения диэлектрического слоя Ta2O5 составляет 17 Å/В. Поскольку толщина диэлектрика пропорциональна приложенному напряжению, создается очень тонкий диэлектрические слой, что обеспечивает большое значение емкости.

Рис. 1. Поверхностная площадь диэлектрика анода танталового конденсатора в сравнении с его исходным размером

 

Виды танталовых конденсаторов

Для приложений с поверхностным монтажом на плату компания AVX выпускает танталовые конденсаторы двух видов с катодами на основе двуокиси марганца MnO2, благодаря чему обеспечивается функция самовосстановления (см. рис. 2). В прессованном конденсаторе, имеющем более традиционную конфигурацию, танталовый провод впрессован в обкладки, благодаря чему создается положительное соединение со схемой. Более новая и компактная конфигурация в виде микросхемы (см. рис. 2б) появилась на рынке позже. Конденсаторы с этой конфигурацией применяются в системах с высокой плотностью компонентов. В этой конфигурации, в которой используется подложка с танталовым прессованным и запеченным на ее поверхности порошком, положение отдельных анодов задается с помощью высокоточной резки.

Рис. 2.

а) формованный конденсатор;
б) танталовый конденсатор в виде микросхемы

У конденсаторов обоих рассматриваемых типов – одинаковые базовые элементы. Эти конденсаторы, предназначенные для высокоточных систем, обеспечивают максимальную надежность.

 

Керамические конденсаторы

В отличие от танталовых, у керамических конденсаторов меньше суммарная площадь пластин и значительно толще слои (см. рис. 3). Однако эти недостатки компенсируются диэлектрическими материалами с намного большей ди­электрической проницаемостью. Диоксид титана (εR ~ 86–173) и титанат бария (εR ~ 1250–10000) – два наиболее распространенных диэлектрика, используемых в МКК.

Рис. 3. Конструкция многослойного керамического конденсатора

Керамические конденсаторы Class 1 и Class 2

Керамические конденсаторы Class 1 имеют наибольшую стабильную емкость относительно приложенного напряжения, температуры и до некоторой степени – частоты. Базовыми элементами этих конденсаторов являются параэлектрики, например диоксид титана, модифицированные такими добавками как цинк, цирконий и ниобий, которые обеспечивают требуемую характеристику емкости, свойственную танталу. Удельная емкость керамических конденсаторов Class 1 – наименьшая среди других керамических конденсаторов за счет относительно низкой диэлектрической проницаемости (6–200) параэлектрика. У этих компонентов также сравнительно малая емкость.

Керамические конденсаторы Class 2, в которых применяются ферроэлектрики, например титанат бария (BaTiO), модифицируются с помощью силиката алюминия, силиката магния и оксида алюминия. У этих материалов – более высокая диэлектрическая проницаемость, чем у конденсаторов Class 1 (~ 200–14000 в зависимости от напряженности поля), и более высокая удельная емкость. Однако у конденсаторов Class 2 больше отклонения емкости от номинальных значений и хуже стабильность. Емкость этих конденсаторов имеет нелинейный характер, который зависит от рабочей температуры, приложенного напряжения и изменяется с течением времени, что может отражаться на характеристиках изделия.

Коды диэлектриков у керамических конденсаторов

 Диэлектрики керамических конденсаторов определяются трехсимвольным кодом EIA, в котором указывается стабильность емкости материала в установленном температурном диапазоне. Например, керамические конденсаторы, в которых используются ди­электрики X5R, работают в диапазоне температуры –55…85°C при допустимых вариациях емкости ±15% в указанном диапазоне и имеют небольшую нелинейность.

Конденсатор с материалом, использование которого обеспечивает устройству ту же, что и у X7R, или лучшую температурную характеристику, изменение емкости в пределах ±15% в диапазоне –55…125°C, можно считать конденсатором X7R. У X7R, как и у конденсатора с диэлектриком любого другого типа, отсутствует спецификация на коэффициент напряжения. Производитель может называть конденсаторы в соответствии с диэлектрическими кодами X7R, X5R и т. д. и их температурным коэффициентом независимо от того, насколько плох коэффициент напряжения. В таблице 1 приведены коды EIA диэлектриков для керамических конденсаторов. Например, требуется выбрать конденсатор, у которого емкость, указанная при 25°C, повышается или уменьшается не более чем на 7,5% в диапазоне температуры –30…85°C. Этому требованию соответствует конденсатор с кодом Y5F.

Таблица 1. Коды EIA диэлектриков для керамических конденсаторов – процентное изменение емкости в указанном диапазоне температур
RS198 Диапазон температуры
Х7 –55…125°С
Х6 –55…105°С
Х5 –55…85°С
Y5 –30…85°С
Z5 10…85°С
Код Изменение емкости, %
D ±3,3
E ±4,7
F ±7,5
P ±10
R ±15
S ±22
T 22, –33
U 22, –56
V 22, –82

Температурные характеристики танталовых и керамических конденсаторов

 На рисунке 4 показана типовая температурная характеристика танталового конденсатора, а также керамического конденсатора Class 2 (X7R) и керамического конденсатора Class 1 (NP0 или C0G). У танталового конденсатора емкость изменяется линейно в зависимости от температуры: с –5% при –55°C до более чем 8% при 125°C. У керамических конденсаторов Class 2 – самая нелинейная зависимость от температуры, однако ее можно сделать линейной в приложениях, работающих в узком температурном диапазоне, учтя эту характеристику при проектировании схемы.

Рис. 4. Изменение емкости диэлектрических материалов танталовых и керамических конденсаторов Class 1 и Class 2 в зависимости от температуры

Зависимость от напряжения

У танталовых конденсаторов не только линейная температурная характеристика, но и отсутствует нестабильность емкости в зависимости от приложенного напряжения. В отличие от танталовых конденсаторов, емкость керамических конденсаторов Class 2 меняется с приложенным напряжением, т. к. диэлектрическая проницаемость их материала падает с ростом напряжения (см. рис. 5). Поскольку эти изменения относительно линейные, их легко учесть при проектировании, однако в некоторых случаях из-за применения материалов с более высокой диэлектрической проницаемостью емкость может меняться более чем на 70% от исходной величины при работе вблизи номинального напряжения.

Рис. 5. Зависимость емкости керамических конденсаторов Class 2 (X5R) от приложенного напряжения

 

Износ танталовых и керамических конденсаторов

Емкость керамических конденсаторов Class 2 с течением времени уменьшается по логарифмическому закону, что обусловлено их износом (см. рис. 6). Из-за деградации поляризованных участков ферроэлектриков со временем уменьшается диэлектрическая проницаемость, в результате чего уменьшается емкость керамических конденсаторов Class 2. У танталовых конденсаторов старение не происходит – на текущий момент нет известного нам механизма износа, аналогичного тому, который наблюдается у керамических конденсаторов.

Рис. 6. Изменение со временем емкости конденсаторов Class 2 с диэлектриками X5R и X7R

Сопротивлением изоляции (IR) является сопротивление, измеренное на диэлектрике конденсатора. По мере увеличения емкости (и, следовательно, площади диэлектрического материала), IR увеличивается. Этот показатель (IR∙C, или RC) часто указывается в единицах Ом∙Ф, а чаще как МОм. Ток утечки определяется путем деления номинального напряжения на сопротивление изоляции. В таблице 2 сравниваются значения сопротивления изоляции керамических конденсаторов.

Таблица 2. Сравнение сопротивления изоляции (IR) керамических конденсаторов с утечкой постоянного тока (DCL) танталовых конденсаторов
Производитель Изделие Диэлектрик Сопротивление изоляции Эквивалент DCL/C∙V*
AVX X7R 1000 МОм∙мкФ 0,001C∙V
AVX X5R 0,002C∙V
B коммерческое (COTS) X7R 0,002C∙V
B коммерческое X7R 0,002C∙V
B коммерческое X5R 0,002C∙V
C высоконадежное X7R 0,001C∙V
C высоконадежное X5R 0,001C∙V
C коммерческое X7R 0,002C∙V
C коммерческое X5R 0,002C∙V
Тип. танталовый коммерческое Ta2O5 0,01C∙V
Высоконадежный танталовый AVX HRC5000/HRC6000 Ta2O5 0,0025C∙V

* DCL – утечка постоянного тока; C∙V – произведение номинальной емкости на номинальное напряжение.

Для керамических конденсаторов, как правило, указывается сопротивление изоляции, а для танталовых компонентов – утечка постоянного тока (DCL). Эти единицы измерения являются эквивалентными, а соответствующее преобразование осуществляется с помощью закона Ома.

Испытания на износ

В таблице 3 описаны условия проведения испытаний на износ керамических и танталовых конденсаторов разных типов, выполненные несколькими производителями, а также представлены допустимые изменения сопротивления изоляции и величины DCL/C∙V. Видно, что условия проведения этих испытаний не стандартизованы, и потому напрямую трудно сравнивать с высокой точностью параметры керамических конденсаторов разных производителей, а прямые сравнения между керамическими и танталовыми конденсаторами фактически невозможны за исключением нескольких компонентов с очень высокой номинальной емкостью.

Таблица 3. Различия между результатами испытаний на износ керамических и танталовых конденсаторов
AVX X7R 125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч 0,3 ∙ исходное предельное значение 0,003C∙V
AVX X5R 85°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч 0,3 ∙ исходное предельное значение 0,006C∙V
B X7R 125°С, 2 ∙ ном. В, 1000 ч 0,1 ∙ исходное предельное значение 0,020C∙V
B X5R 85°С, 2 ∙ ном. В*, 1000 ч 0,1 ∙ исходное предельное значение 0,020C∙V
C X7R 125°С, 2 ∙ ном. В**, 1000 ч 100 Ом∙Ф 0,1C∙V
C X5R 85°С, 2 ∙ ном. В***, 1000 ч 100 Ом∙Ф 0,1C∙V
Тип. танталовый Ta2O5 0,01C∙V в течение 2000 ч
Высоконадежный танталовый AVX Ta2O5

0,0025C∙V в течение 1000 ч;
0,005C∙V в течение 2000 ч

* 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 1 мкФ; 0805 ≥ 4,7 мкФ; 1206 ≥ 2,2 мкФ.
** 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 1 мкФ, 10 и 16 В; 0805 ≥ 4,7 мкФ, 10 В.
*** 1,5 ∙ ном. В для 0603 ≥ 4,7 мкФ, 6,3 и 10 В; 0805 ≥ 22 мкФ, 6,3 В; 1206 ≥ 47 мкФ 6,3 В.

В таблице 4 сравниваются основные параметры танталовых и керамических конденсаторов.

Таблица 4. Сравнение параметров танталовых и керамических конденсаторов
Параметр Танталовый конденсатор Керамический конденсатор
ESR ×
Удельная эффективность ×
Диапазон температуры ×
Малая индуктивность   ×
Зависимость от смещения по постоянному току ×
Микрофонный (пьезоэлектрический) эффект ×
Фильтрация высокой частоты ×
Характеристика износа ×

Из-за того, что между большинством методов испытаний танталовых и керамических конденсаторов имеются существенные различия, прямое сравнение их характеристик трудно провести на основе данных, полученных из специальной литературы и технических описаний. Компания AVX выполнила следующее тестирование, обеспечивающее более непосредственное сравнение характеристик этих компонентов.

 

Сравнительное тестирование танталовых и керамических конденсаторов

Инженеры компании AVX отобрали образцы танталовых и керамических конденсаторов с наиболее типовыми и часто используемыми параметрами. Эти компоненты применяются в медицинской технике и высоконадежных приложениях:

  • танталовые конденсаторы TBCR106K016CRLB5000: 10 мкФ, 16 В, типоразмер 0805;
  • керамические конденсаторы MQ05YD106KGT1AN: 10 мкФ, 16 В, типоразмер 0805, диэлектрик X5R.

Благодаря тому, что план тестирования был единым для всех компонентов, параметры испытаний (значения тестовой частоты и смещения по прямому току, время выдержки после испытаний на воздействие внешних факторов и т. д.) тщательно соблюдались, фиксировались и сравнивались для конденсаторов обоих типов:

  • температурная стабильность (MILPRF‑55365) – 13 шт.;
  • термический удар (MIL-STD‑202 Method 107) – 40 шт.;
  • влагостойкость (MILSTD‑202 Method 106) – 40 шт.

Большинство результатов испытаний показало сходство между керамическими и танталовыми конденсаторами. Например, у керамических конденсаторов выше температурная стабильность эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), и утечка постоянного тока (DCL) меньше зависит от температуры, тогда как у танталовых конденсаторов от температуры меньше зависит емкость. Емкость танталовых конденсаторов увеличивается при повышенной температуре, а у керамических компонентов она уменьшается при тех же условиях. Кроме того, испытания на влагостойкость и термический удар показали устойчивую работу и тех, и других компонентов.

 

Выводы

Керамические и танталовые конденсаторы обладают теми несколькими преимуществами, которые востребованы в эффективных и высоконадежных электронных системах в разных областях применения. Поскольку конденсаторы обоих типов значительно различаются по своему составу, материалам и функциональным характеристикам, выбор той или иной технологии зависит от нужд конкретных приложений и требований. Таким образом, инженеры должны принимать в расчет возможные последствия своего выбора уже на ранних этапах проектирования.

Устройство танталового конденсатора.

Конструкция и особенности танталовых конденсаторов

В настоящее время, кроме всем знакомых алюминиевых электролитических конденсаторов, в электронике применяются электролитические конденсаторы с диэлектриком из пентаоксида тантала. Вот о них и пойдёт речь далее.

Давайте узнаем, как устроен танталовый электролитический конденсатор, а также изучим его сильные и слабые стороны. Вот так выглядит танталовый чип-конденсатор для поверхностного монтажа ёмкостью 1 мкФ и рабочее напряжение 35V.

Как известно, на ёмкость конденсатора влияет площадь обкладок, а также толщина диэлектрика, который находится между ними.

В качестве анода в танталовом конденсаторе выступает порошок из тантала высокой степени очистки. Этот порошок прессуют и нагревают в вакууме до высокой температуры (1300 – 20000С). В результате получается пористая структура, похожая на губку. За счёт высокой пористости удаётся получить большую площадь анодной обкладки.

Формирование диэлектрика.

Далее при производстве конденсатора формируется диэлектрик. Это делается с помощью электрохимического окисления.

Меняя величину приложенного напряжения, формируют необходимую толщину слоя диэлектрика.

На пористой поверхности танталового анода образуется тончайшая плёнка диэлектрика – пентаоксида тантала Ta2O5. Благодаря этому оксиду удаётся получить очень тонкую и непроводящую плёнку. Отметим, что полученный диэлектрик имеет аморфную структуру и не проводит ток. Также существует кристаллический Ta2O5, но в отличие от аморфного он является проводником. Запомним эту особенность.

Только вдумайтесь, толщина плёнки диэлектрика Ta2O5 может составлять несколько сотен – тысяч ангстрем! Чтобы было более наглядно, переведём ангстремы в доли метра. 1 ангстрем = 1,0 * 10-10 метра, другими словами 1 ангстрем = 0,1 нанометра. Таким образом, толщина слоя диэлектрика у танталового конденсатора составляет от 10 до 100 нанометров! Так что, нанотехнологии уже давно применяются на практике и удивляться этому не стоит.

Для сравнения. У рядовых алюминиевых электролитических конденсаторов толщина диэлектрика чуть менее 1 мкм (1 мкм = 0,000 001 метра). Это в 100 раз больше, чем толщина самой тонкой плёнки пентаоксида тантала в 10 нанометров.

Твёрдотельный электролит.

В качестве электролита в танталовых конденсаторах используется диоксид марганца MnO2. Данный оксид является твёрдотельным полупроводниковым материалом.

Полученную ранее губчатую структуру из пористого танталового порошка с образованным слоем диэлектрика пропитывают солями марганца. Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируют слой твёрдого электролита. Процесс повторяется несколько раз.

Особенности катода танталового конденсатора.

Для наилучшего контакта с выводом катода твёрдый электролит MnO2 покрывают слоем графита, а на его поверхность наносят металл, обычно это серебро. Так что в танталовых конденсаторах присутствует один из самых востребованных драгоценных металлов. О драгметаллах в радиодеталях читайте здесь.

Полученную конструкцию запрессовывают в компаунд. Вот так в общих чертах выглядит устройство и технология изготовления танталового конденсатора.

ESR танталовых конденсаторов.

ESR танталового конденсатора на низких частотах определяется сопротивлением диэлектрика Ta2O5, а на высоких частотах его определяет уже сопротивление электролита MnO2.

Как известно, импеданс (ёмкостное сопротивление) с ростом частоты падает вплоть до частот мегагерцового диапазона. А поскольку сопротивление электролита MnO2, которое входит в ESR также уменьшается с увеличением температуры, то на высоких частотах ESR тоже уменьшается.

Благодаря этому, танталовые конденсаторы прекрасно работают в импульсных источниках питания, рабочая частота которых выше 100 кГц. На высоких частотах ESR их очень мал.

Недостатки танталовых конденсаторов.

Особенностью танталовых конденсаторов является то, что пентаоксид тантала имеет аморфную структуру и не проводит ток. Но, вот кристаллический Ta2O5 является прекрасным проводником. Под действием внешней температуры и высокого напряжения в диэлектрике образуются участки с кристаллическим Ta2O5. Это приводит к резкому возрастанию токов утечки и пробою.

При малых областях кристаллизации Ta2O5 может проявляться эффект восстановления. Возросший ток через область пробоя вызывает сильный нагрев и, как следствие, химические реакции в структуре твёрдого электролита MnO2. В результате нескольких преобразований образуется непроводящий оксид марганца (MnO). Таким образом, место пробоя “закрывается” непроводящим ток оксидом.

Дефект конденсатора может быть вызван не только эксплуатацией в жёстких условиях.

Также причиной пробоя могут быть:

  • Механические повреждения диэлектрика при производстве, например, при ударе и вибрациях;

  • Повреждение слоя диэлектрика при формировании твёрдого электролита. Так как в результате формирования электролита происходит химическая реакция с выделением тепла и газа, то из-за этого может быть повреждён диэлектрик.

  • Любой, даже самый чистый материал имеет включения и загрязнения. Так и танталовый порошок имеет загрязнения в виде примесей: железа, кальция, углерода и т.д. Если слой диэлектрика будет слишком тонкий, чтобы покрыть участки загрязнения, то в месте присутствия примесей образуется утечка и пробой.

  • Наличие вкраплений кристаллического оксида тантала, которые могут образоваться в процессе производства или быть результатом некачественного сырья.

При пайке методом оплавления, который применяется на массовом производстве, наблюдается так называемая “газация” танталовых чип-конденсаторов. Дело в том, что при их неправильном хранении или из-за низкого качества самих изделий, конденсаторы впитывают влагу. Это приводит к тому, что при нагреве влага превращается в пар и вырывается наружу. Это приводит к повреждению корпуса и смещению рядом установленных компонентов.

Особенности применения танталовых конденсаторов.

В настоящее время в широкой продаже имеются танталовые конденсаторы на номинальное напряжение до 75V. Как оказалось, танталовые конденсаторы очень чувствительны к превышению номинального напряжения. Наблюдения показали, что если снизить рабочее напряжение на 50%, то показатель отказов снижается на 5%. Именно поэтому их рекомендуют использовать в схемах, где рабочее напряжение ниже номинального напряжения.

Обычно танталовые конденсаторы встречаются на печатных платах в виде SMD-элементов жёлто-оранжевого цвета. Несмотря на свои скромные размеры, они обладают ёмкостью в несколько десятков – сотен микрофарад и рассчитаны на рабочее напряжение от 4 до 75 вольт. Со стороны плюсового вывода на их корпус наносится полоса.

Танталовые конденсаторы для монтажа в отверстия обычно имеют каплевидную форму, покрыты жёлто-оранжевым компаундом и имеют со стороны плюсового вывода метку в виде линии.

Маркировка танталовых конденсаторов похожа на маркировку керамических. Ёмкость указывается тремя цифрами, последняя указывает на количество нулей. Таким образом, запись 226 говорит нам о том, что ёмкость равна 22 000 000 пикофарад = 22 000 нанофарад = 22 микрофарады. Номинальное напряжение (Rated Voltage) указывается ниже. Далее на фото видно, что номинальное напряжение конденсатора равно 35 вольтам (надпись 35).

На некоторых конденсаторах маркировка иная. После числового значения ёмкости ставится буква µ (микро), а после номинального напряжения конденсатора указывается буква V.

На фото показан танталовый конденсатор ёмкостью 10 мкФ и номинальное напряжение 16V.

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

 

Танталовые конденсаторы [подробная статья] – маркировка, типы (smd/чип), полярность, особенности применения

Наверное, у каждого радиолюбителя хоть раз да взрывался танталовый конденсатор из-за неправильной переплюсовки.

В этой статье я расскажу, что такое танталовый конденсатор, зачем он нужен и как вообще с ним работать.

Если после прочтения у вас останутся вопросы – смело задавайте их в комментариях, а я постараюсь ответить.

Содержание статьи

Твердотельные танталовые конденсаторы по большинству параметров соответствуют требованиям к современным электронным устройствам. Они отличаются малыми габаритами, высокой удельной емкостью, надежностью (при соблюдении правил на всех этапах их жизни) и совместимостью с общепринятыми технологиями монтажа. Преимуществом является и то, что важный параметр конденсатора – ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) – с ростом частоты не возрастает, а в некоторых случаях даже уменьшается. Чтобы сократить число отказов и продлить рабочий период устройства, необходимо учитывать его индивидуальные особенности при изготовлении, хранении, монтаже и во время работы.

Так выглядят танталовые конденсаторы

Почему тантал используют для производства конденсаторов

Тантал способен при окислении формировать плотную оксидную пленку, толщину которой можно регулировать с помощью технологических приемов, тем самым изменяя параметры конденсатора.

Помимо тантала конденсаторы делают из керамики, слюды, бумаги и алюминиевой фольги.

Описание и назначение танталовых конденсаторов

Современные танталовые конденсаторы имеют малые размеры и относятся к чип-компонентам, которые предназначены для монтажа на плате. Иначе такие детали называются SMD, что расшифровывается как «компоненты поверхностного монтажа». SMD детали удобны для автоматизированных процессов монтажа и пайки на печатные платы.

Основное назначение электролитических поляризованных танталовых конденсаторов – действовать в комплексе с резистором с целью обработки сигнала и сглаживания его пиков и острых импульсов.

Конденсаторы широко используются в автомобильной, промышленной, цифровой, аэрокосмической технике.

Устройство танталовых твердотельных конденсаторов

Танталовый конденсатор относится к электролитическому типу. В его состав входят 4 основные части: анод, диэлектрик, твердый электролит, катод. Изготовление танталового конденсатора состоит из ряда достаточно сложных технологических операций.

Изготовление анода

Пористую гранулированную структуру получают прессованием из высокоочищенного танталового порошка. В процессе спекания в условиях глубокого вакуума при температурах +1300…+2000°C из порошка образуется губчатая структура с развитой площадью поверхности. Благодаря ей, обеспечивается высокая емкость при небольшом объеме. Танталовый конденсатор при одинаковой с алюминиевым устройством емкости имеет гораздо меньший объем.

Формирование диэлектрического слоя

Диэлектрический оксидный слой выращивают на поверхности анода из пентаоксида тантала в процессе электрохимического окисления. Толщину оксида можно регулировать изменением напряжения. Обычно толщина диэлектрической пленки составляет доли микрометра. Оксидный слой имеет не кристаллическую, а аморфную структуру, которая обладает значительным электросопротивлением.

Получение электролита

Электролитом служит твердотельный полупроводник – диоксид марганца, – который получают термообработкой солей марганца в ходе окислительно-восстановительного процесса. Для этого анодный губчатый слой покрывают солями марганца, а затем нагревают их до получения диоксида марганца. Процесс повторяют несколько раз до полного покрытия анода.

Формирование катодного слоя

Для улучшения контакта электролит покрывают графитовым, а затем металлическим слоем. В качестве металла обычно используют серебро. Сформированный композит запрессовывают в компаунд.

Особенности танталовых конденсаторов

  • Доступная емкость этих радиодеталей – от 1 до нескольких сотен мкФ
  • Относительно низкое эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) и наименьшее значение утечки. Благодаря этим свойствам, танталовые конденсаторы успешно работают в качественной аудиоаппаратуре, тестовых и измерительных приборах.
  • Тонкий оксидный слой, который обеспечивает высокую диэлектрическую проницаемость. Сочетание значительной площади поверхности губчатого анода с хорошей диэлектрической проницаемостью обеспечивает хранение большого запаса энергии.
  • В отличие от электролитических, танталовые конденсаторы при переплюсовке или пробое взрываются. Сила взрыва зависит от размеров конденсатора и может повредить как соседние элементы, так и монтажную плату.

    Пробои танталовых конденсаторов

    При использовании этих эффективных, но немного капризных устройств, необходимо контролировать появление состояния отказа, поскольку известны случаи их возгорания при отказе. Отказы связаны с тем, что при неправильной эксплуатации пентаоксид тантала меняет аморфную структуру на кристаллическую, то есть из диэлектрика он превращается в проводник. Смена структур может наступить из-за слишком высокого пускового тока. Пробой диэлектрика вызывает повышение токов утечки, которые в свою очередь приводят к пробою самого конденсатора.

    Причиной неприятностей, связанных с эксплуатацией танталовых конденсаторов, может быть диоксид марганца. Кислород, который присутствует в этом соединении, вызывает появление локальных очагов возгорания. Пробои с возгоранием характерны для старых моделей. Новые технологии позволяют получать более надежную продукцию.

    Пробои, которые произошли при высоких температурах и напряжении, могут вызывать эффект лавины. В этом случае повреждения часто распространяются на большую часть или всю площадь устройства. Если же площадь кристаллизованного пентаоксида тантала небольшая, то часто происходит эффект самовосстановления. Он возможен, благодаря преобразованиям, происходящим в электролите в случае пробоя диэлектрика. В результате всех превращений кристаллизованный участок-проводник оказывается окруженным оксидом марганца, который полностью нейтрализует его проводимость.

    Другие дефекты танталовых конденсаторов

    Кроме пробоя, в результате неправильной производственной технологии и нарушения правил транспортировки и хранения в конденсаторе возникают и другие дефекты:

    • Механические. Первый вид таких дефектов может появиться на выращенном диэлектрике в результате его резкого удара о твердую поверхность. Второй – при образовании электролитного слоя из-за совместного действия теплового удара и внутреннего давления газов в порах.
    • Примеси и включения. При нарушении производственной технологии на поверхности тантала могут появиться посторонние вещества – углерод, железо, кальций, которые приводят к неравномерности диэлектрического слоя.
    • Кристаллизованные участки диэлектрика, которые появились при изготовлении устройства. Кристаллизация может происходить из-за несоответствия состава электролита технологическим требованиям и неправильного температурного режима процесса.

    Недостатки танталовых конденсаторов

  • постепенная деградация структуры;
  • зависимость емкости от частоты, при частотах выше 150 кГц эти устройства вообще неэффективны из-за существенного уменьшения емкости;
  • низкая устойчивость к токам пульсации и перегреву;
  • пожарная опасность.
  • Танталово-полимерные конденсаторы

    Большая часть проблем, характерных для танталовых конденсаторов, решена в танталово-полимерных аналогах. В качестве электролита в танталово-полимерных конденсаторах вместо диоксида марганца используется токопроводящий полимер. Он дает минимальный ESR, что позволяет пропускать гораздо большие токи, по сравнению с танталовыми предшественниками. Танталово-полимерные устройства успешно применяются в качестве сглаживающих конденсаторов в источниках питания и преобразователях напряжения.

    Токопроводящий полимер обеспечивает низкую чувствительность к импульсам тока, стойкость к внешним факторам, отсутствие деградации структуры, более высокий срок службы. Высокая стабильность емкости в широком интервале частот и температур позволяет применять танталово-полимерные устройства в промышленной, телекоммуникационной и автомобильной электронике и других областях, для которых характерно колебание рабочих температур.

    Основные параметры танталовых конденсаторов

    Для определения безопасного режима работы необходимо рассчитать уровни разрешенных значений тока и напряжения. Для расчетов необходимо знать следующие параметры танталовых конденсаторов, которые отражаются в документации:

    • Номинальная емкость. Эти устройства имеют высокую удельную емкость, которая может составлять тысячи микрофарад.
    • Номинальное напряжение. Современные модели этих устройств в большинстве рассчитаны на напряжения до 75 В. Причем, для нормальной работы в электрической схеме, деталь нужно использовать при напряжениях, которые меньше номинального. Эксплуатация танталовых конденсаторов при напряжениях, составляющих до 50% от номинального, снижает показатель отказов до 5%.
    • Импеданс (полное сопротивление). Содержит индуктивную составляющую, параллельное сопротивление, последовательное эквивалентное сопротивление (ESR).
    • Максимальная рассеиваемая мощность. При приложении к танталовому устройству переменного напряжения происходит выработка тепла. Допустимое повышение температуры конденсатора за счет выделяемой мощности устанавливается экспериментально.

    Особенности проектирования плат и монтажа танталовых конденсаторов

    Для этих устройств подходят практически все материалы печатных плат – FR4, FR5, G10, фторопласт, алюминий. Форма, размер посадочного места и способ монтажа указываются производителями деталей. Изменить рекомендуемые параметры монтажа может специалист, имеющий достаточно знаний и навыков, чтобы правильно скорректировать температуру пайки.

    Перед монтажом на плату наносят паяльную пасту. Толщина слоя – 0,178+/-0,025 мм. Для того чтобы флюс, находящийся в пасте, эффективно растворил оксиды с мест контакта, подбирают оптимальный температурный режим пайки. Обычно это делают опытным путем.

    Монтаж на плату осуществляется вручную или с помощью автоматизированного оборудования любого типа, применяемого сегодня. Пайка производится: вручную, волновым способом, в инфракрасных или конвекционных печах. Температурный режим предподогрева и пайки обычно предоставляют производители конкретной продукции.

    Маркировка танталовых конденсаторов

    В маркировке конденсаторов указывают стандартные параметры: емкость, номинальное напряжение, полярность. На корпусах типов B, C, D, E, V отображают все параметры, а на корпусе типа A вместо номинала напряжения указывают его буквенный код. В маркировке может указываться дополнительная информация – логотип производителя, код даты производства и другая.

    Таблица буквенных кодов напряжения для корпусов типа A

    Номинальное напряжение

    Код

    Номинальное напряжение

    Код

    4,0

    G

    20

    D

    6,3

    J

    25

    E

    10

    A

    35

    V

    16

    C

    50

    T

    Типы корпусов танталовых конденсаторов и их размеры

    Обозначение танталовых конденсаторов на схеме

    На схеме электролитические поляризованные конденсаторы, к которым относится танталовое устройство, обозначаются двумя параллельными линиями, идущими от них выводами и значком «+».

    Обозначение конденсаторов на схеме (по ГОСТу)

    Особенности хранения

    Танталовые конденсаторы способны сохранять рабочие характеристики в течение длительного времени. При соблюдении нужного режима (температура до +40°, относительная влажность 60%) конденсатор при длительном хранении теряет способность к пайке, сохраняя другие рабочие характеристики.

    Общие рекомендации по продлению срока службы танталового конденсатора и повышению безопасности его эксплуатации:

    • Соблюдение требований техпроцессов;
    • Многоступенчатый контроль качества продукции;
    • Соблюдение условий хранения;
    • Выполнение требований к организации рабочего места для монтажа устройств на плату;
    • Соблюдение рекомендуемого температурного режима пайки;
    • Правильный выбор безопасных рабочих режимов;
    • Соблюдение требований по эксплуатации.

    Заключение

    Постарался подробно объяснить, что представляет из себя танталовый конденсатор и для чего он нужен.

    Если у вас есть какие-либо замечания или вопросы по теме – смело задавайте их в комментариях, постараюсь ответить!


    Была ли статья полезна?

    Да

    Нет

    Оцените статью

    Что вам не понравилось?


    Другие материалы по теме


    Анатолий Мельник

    Специалист в области радиоэлектроники и электронных компонентов. Консультант по подбору деталей в компании РадиоЭлемент.


    Все о танталовом электролитическом конденсаторе

    На современном рынке электроники предлагается множество различных типов конденсаторов, каждый из которых обладает своими особенностями: существенными различиями в характеристиках, преимуществами и недостатками. Кроме этого существует множество подтипов каждого типа, маркируемых производителями по сериям. В этой статье будет рассмотрен танталовый конденсатор, который малоизвестен владельцам электронной техники, тем не менее, он заслуживает особого внимания.

    Электронный чип-компонент

    Для информации. Тантал, называемый колтан по-местному, – это один из самых дорогостоящих минералов, добываемых в мире, точнее в восточном Конго. Тантал играет важную роль в электронике: его используют при изготовлении электронных конденсаторов. Последние применяются для хранения электроэнергии в сотовых телефонах и портативной электронике.

    Технология производства и конструкция

    Производство чип-конденсаторов с танталовым диэлектриком достаточно сложное и многоэтапное. Порошок из тантала перемешивается со специальным связующим составом. Далее порошок прессуется вокруг танталового проводника. При нагревании до 150 0 С за несколько минут в вакууме связка исчезает.

    Прессование и спекание танталового порошка производится при 1500-2000 0 С в специальной вакуумной установке. Губкообразная структура из пористого порошка с образованным диэлектрическим слоем из пятиокиси тантала Ta2O5 получается механически надежной и прочной. В большей степени это достигается за счет превышения напряжения в 3-4 раза в процессе изготовления по сравнению с рабочим. В зависимости от температуры и времени спекания устройств получаются изделия с различными по объему емкостями.

    Далее с помощью окислительно-восстановительной реакции под нагревом формируется твёрдый электролитический слой. Диэлектрическая пленка покрывает всю поверхность анода. В качестве катодного электрода используется диоксид марганца MnO2. Слаги окунаются в раствор, а затем спекаются при t =250 0 С. Процесс повторяется неоднократно при разной концентрации раствора.

    Затем формируются внешние выводы устройства. По завершении изделие опускается в графитовую смесь. Лучшее сцепление слагов обеспечивается подсушиваем в печи. Процесс повторяется с серебряной смесью для улучшения электрических соединений слоев. В готовом виде в корпусе содержится около 70 компоновочных элементов, объединенных в монолитную конструкцию.

    Важно! По сравнению с обычными электростатическими конденсаторами, диэлектрическая проницаемость здесь значительно выше, так как толщина оксидного слоя намного тоньше. Этот фактор в сочетании с большей площадью анода обуславливает гораздо более высокие ценности: данные устройства способны хранить большую энергию, чем остальные электролитические конденсаторы. Объемнопористые танталовые изделия также отличаются от остальных тем, что токи утечки у них на порядки меньше, а долговечность – практически не ограничена.

    Конструкция чип-конденсатора

    Технические особенности

    Для производства танталовых чип-конденсаторов используют своего рода химическую реакцию между анодом и катодом, изготовленных из двух разных видов материалов для образования тонкого изолирующего слоя. Из-за диэлектрической поляризации положительные заряды смещаются в сторону поля, а отрицательные заряды – в противоположном направлении. Это создает внутреннее электрическое поле, которое уменьшает общее поле внутри самого диэлектрика.

    Танталовые конденсаторы способны работать при рабочем напряжении от 2 до 300 В. Однако, устройства поддерживают напряжение только в одном направлении (в силу своей полярности). Химическая реакция может протекать как в прямом, так и в обратном направлении. При обратном направлении возможно повреждение тонкого изолирующего оксидного слоя, вследствие чего может возникнуть короткое замыкание. После того, как диэлектрик будет пробит, восстановлению устройство не подлежит. Поэтому при включении в схему важно строгое соблюдение полярности.

    Чип-конденсатор на 16 В

    Преимущества и недостатки

    Танталовые конденсаторы являются предпочтительными по сравнению, к примеру, с алюминиевыми, потому что они меньше, легче и более устойчивы.

    Основные технические достоинства:

    • более низкое последовательное сопротивление;
    • низкая индуктивность,
    • наименьшее значение утечки.

    По крайней мере, одно из этих свойств крайне важно, иначе инженеры использовали бы более дешевые чип-компоненты. Примерная цена танталового компонента составляет 40 долларов за килограмм, а иногда скачет свыше 100 $.

    Недостатки устройств выражаются в поляризации, токсичности и дороговизне. Танталовые конденсаторы могут взорваться или течь, если будут подвержены слишком большому напряжению или обратному напряжению. В отличие от неполяризованного конденсатора, поляризованный может быть разрушен обратным напряжением и поэтому не должен использоваться в чистых цепях переменного тока без защитных диодов.

    Импортные чип-конденсаторы

    Область использования

    Танталовые конденсаторы представляют собой микроскопические ячейки, которые содержат 1 бит информации. Устройства используют в логических схемах, содержащих в основном транзисторы и резисторы. Крошечные чип-компоненты устанавливаются на внешней стороне чип-пакета или на материнской плате компьютера. При обработке сигналов чип-конденсатор в совокупности с резистором сглаживает пики и острые импульсы сигнала.

    Устройства могут использоваться в такой технике, где превыше всего ценится надежность:

    • автомобильной,
    • промышленной,
    • военно-аэрокосмической.

    Электрическая и механическая надежность

    Критерии выбора

    На современном рынке можно легко запутаться из-за наличия различных типов и подтипов чип-конденсаторов. Все они различаются по своим характеристикам, и каждый имеет свои плюсы и минусы.

    Критерии выбора конкретных типов устройств определяются следующими факторами:

    • способность работы при высоком напряжении;
    • значительная емкость;
    • величина пробивного напряжения;
    • собственная индуктивность;
    • стабильность и долгосрочность работы;
    • стоимость.

    Твердотельные танталовые конденсаторы благодаря отличным характеристикам имеют большую популярность в области производства электронной техники.

    Меры предосторожности

    Первая задача заключается в увеличении срока службы танталовых конденсаторов. Задачу решают на всех этапах жизни изделия следующими мерами:

    • контроль соблюдения установленной технологии производства;
    • контроль процесса аттестации готовой продукции и хранения;
    • выполнение требований к организации выполнения работ по монтажу;
    • оптимальный выбор безопасного режима работы, соблюдение предельно допустимых уровней напряжений и токов;
    • соответствие требованиям эксплуатации.

    Конденсаторы из танталового электролита

    Преимущества конденсаторов с танталовыми диэлектриками заключаются в том, что они имеют очень большие значения емкости и небольшие размеры. Это делает их идеальными в качестве фильтрующих конденсаторов в блоках питания.

    Видео

    Оцените статью:

    Танталовые конденсаторы . О сфере применения и преимуществах

    Танталовые конденсаторы являются неотъемлемой частью радиоэлектроники и электротехники. Где их широко используют. Перед своими предшественниками, алюминиевыми конденсаторами они отличаются температурным диапазоном, хорошей сохраняемостью, малым током утечки, долгим сроком службы. Тантал в составе вывел промышленность на новый уровень, где преобладает качество. Благодаря этому металлу, устройство получается прочным, получает высокую эффективность при небольших габаритах.

    Из преобладающих металлов в состав входят тантал и алюминий. От них зависит емкость, так как они позволяют регулировать размер непроводящего оксидного слоя. Само устройство состоит из двух электродов6 анода и катода, диэлектрика и электролита – токопроводящей твердой среды. Для облицовки используют резиновый корпус.

    Сфера применения:

    Используют конденсаторы из тантала в отраслях где самое главное это надежность и долгий срок службы. Например, это области автомобилестроения, компьютерные технологии, бытовая техника, различные аккумуляторы. Однако расширение сфер затруднительно, из-за высокой стоимости металла и трудностях при производстве. Прогнозы освещают, то в скором времени роботизация позволит уменьшить стоимость компонентов.

     

    • Компактный размер (Не более 7 мм)
    • Высокая электрическая емкость
    • Минимальный ток утечки
    • Большой диапазон рабочих температур
    • Маленькое сопротивление и индуктивность
    • Всё это позволило получить танталовым конденсатором широкое распространение.

    Маркировка танталовых конденсаторов различают два типа устройств.

    Твердотельные – широко применяются на печатных платах, т.к. процесс пайки довольно прост. Платы ставят как ручным методом, так и автоматическим режимом. Самое главное при установке – соблюдение температурного режима, который заявлен производителем.

    С жидким электролитом – считаются более надежными, показанием к применению является условия высоких напряжений. У этих устройств большая индуктивность. Важно соблюдать определенные условия эксплуатации.

    На маркировку влияет год выпуска модели. На более современные наносят цвет и параметр рабочего напряжения. Напряжение ограничивается от 35В до 6.3В.

    Цвет корпуса напрямую влияет на мощность конденсатора:

    • розовый – 35В; 
    • белый – 30В; 
    • серый – 25 В; 
    • голубой – 20В; 
    • зеленый – 16В; 
    • черный – 10В; 
    • желтый – 6,3В.

    Рекомендации по использованию: Строго следовать инструкции. Не пренебрегать безопасным режимом работы. Аккуратно монтировать конденсаторы.

    «Реалторг» принимает различные виды конденсаторов, в их числе так же устройства из тантала. Мы оценим ваши танталовые конденсаторы по высокой цене. Обращайтесь в нашу компанию и получите возможность заработать на непригодных для вас деталях!

     

     

     

     

     

     

     

     

    особенности конструкции, свойства и маркировка

    В электротехнике и радиотехнике не обойтись без использования конденсаторов. Если в первом случае главное требование — это надежность и долговечность, то во втором случае особое внимание уделяется еще и размерам. Миниатюризация радиотехнических и электронных приборов стала возможна с изобретением танталовых и ниобиевых конденсаторов, размеры которых составляют всего несколько миллиметров.

    Тантал способствовал прогрессу

    С самого зарождения радиоэлектроники велись исследования, которые были направлены на уменьшение размеров конструктивных элементов. Основное направление в этом вопросе — это увеличение рабочей частоты сигнала. Если сравнить два силовых трансформатора с частотой работы 50 и 400 Гц, то второй примерно в 8 раз меньше по размерам, чем первый.

    Устаревшие конструкции конденсаторов представляют собой свернутые рулоны тонкой фольги из алюминия, которые помещаются в электролит. Достижение большой емкости было возможно только за счет увеличения размеров самого элемента. Еще один недостаток такой конструкции — это большая паразитная индуктивность при работе на частотах 100 кГц и выше.

    Прорыв в производстве конденсаторов большой емкости и малого размера был достигнут при использовании тантала. Этот редкоземельный металл дороже золота и его добыча довольно сложная, но требуется его для изготовления одного элемента очень мало — не более нескольких микрограммов. Постепенно танталовые электролитические конденсаторы вытеснили устаревшие на основе алюминиевой фольги, так как их производство усовершенствовалось, а стоимость стала довольно низкой.

    И это еще не предел для прогресса и усовершенствования конструкции конденсаторов. Приемниками танталовых стали ниобиевые конденсаторы, которые по своей конструкции и технологии производства идентичны предшественникам, но превосходят их по эксплуатационным характеристикам.

    Конструктивные особенности устройства

    Физико-химические свойства, которыми обладают тантал и ниобий, позволяют создавать из них анод особой пористой структуры. Такие структуры имеют внутреннюю поверхность в несколько десятков раз больше, чем наружную. А это дает возможность накапливать значительный электрический заряд.

    Любой современный электролитический конденсатор состоит их трех конструктивных элементов:

    • катода и анода;
    • диэлектрического слоя;
    • одного из видов электролита (щелочи, кислоты, воды, твердого или мягкого вещества).

    В роли диэлектрика выступает тончайшая оксидная пленка. Ее получают методом электрохимической коррозии при пропускании электрического тока через анод на стадии производства.

    Электролитом служит твердое вещество — диоксид марганца. Он имеет малый коэффициент линейного расширения, не вытекает и не высыхает, как жидкие электролиты. Внутренняя часть катода изготавливается из серебра для увеличения проводимости.

    Вся внутренняя начинка заливается похожим на пластмассу веществом с диэлектрическими свойствами — компаундом.

    Достоинства и недостатки

    Как и танталовые, так и ниобиевые конденсаторы имеют свои положительные и отрицательные качества. Главное их достоинство — это малый размер при относительно большой емкости. А недостаток, который значительно ограничивает сферу их применения, это малая электрическая прочность. Самые мощные образцы способны стабильно и надежно функционировать при напряжениях до 35 В.

    Принятая стандартная маркировка танталовых конденсаторов состоит из указания плюсового контакта и численного значения. А цвет корпуса указывает рабочее напряжение. Например:

    • розовый цвет — напряжение до 35 В;
    • белый цвет — до 30 В;
    • серый цвет — до 35 В;
    • голубой цвет — до 20 В;
    • зеленый цвет — до 16 В;
    • черный цвет — до 10 В;
    • желтый цвет — до 6,3 В.

    Система старой маркировки более сложная и неудобная, поэтому от нее отказались. Она состояла из трех полос и точки разного цвета. Цвет полос соответствовал численному значению, а цвет точки указывал множитель, на который умножалось численное значение. Такая система часто вводила в заблуждение радиотехников и требовала повышенного внимания при работе с конденсаторами, поэтому от нее и отказались и разработали новую маркировку.

    Диагностика возможных неисправностей

    Чаще всего встречается такая неисправность, как пробой диэлектрической пленки на аноде. Ее толщина составляет всего несколько тысяч ангстрем, а это тоньше человеческого волоса примерно в 500 раз.

    Незначительный скачок напряжения может привести к пробою, при котором диэлектрическая пленка приобретает кристаллическую структуру и становится проводником электричества. В этом случае конденсатор становится проводником и сопротивление между анодом и катодом приближается к нулевому значению. На корпусе при пробое часто визуально заметно потемнение и иногда обугливание защитного покрытия из краски.

    Более сложно диагностировать потерю номинального значения емкости. В домашних условиях выявить такую неисправность невозможно, для этого требуется специализированное диагностическое оборудование.

    Стоимость танталовых и ниобиевых конденсаторов настолько мала, что проводить сложные измерительные работы нет смысла. Подозрительный элемент просто заменяют на новый или заведомо исправный.

    Танталовый сердечник, танталовый конденсатор — термин, применение, плюсы и минусы

    Танталовый сердечник (Tantalum Core; Tantalum Capacitor) – термин, также иногда обозначающий танталовый конденсатор.12 Ом на сантиметр.

    Танталовые конденсаторы имеют одни из лучших характеристик среди электролитических конденсаторов (даже лучше чем ниобиевые). Имеют большую ёмкость при малых размерах, отличную долговечность в правильных условиях эксплуатации (за счёт высокой устойчивости плёнки к электролитам и отличным сопротивлением изоляции). Танталовые конденсаторы могут работать в широком диапазоне температур (от -70 до +200°С), а также имеют гораздо меньшие размеры, чем классические электролитические конденсаторы той же ёмкости, что позволяет использовать их во многих отраслях производства техники.


    Применяются в высокоточной аппаратуре, военной промышленности, компьютерных комплектующих высочайшего класса, радиостанциях и компактной технике.

    Единственным минусом являются немного большие требования по максимальному значению номинального напряжения, которые нельзя превышать.

    С каждым годом, танталовые конденсаторы всё дешевеют, поэтому вскоре их можно будет встретить и на бюджетной технике.

    Характеристики и применение танталовых конденсаторов

    Характеристики и применение танталовых конденсаторов



    Просмотры сообщений: 1,334

    Как класс электролитических конденсаторов, танталовый конденсатор широко используется в коммуникациях, авиакосмической и военной промышленности, подводных кабелях, современных электронных устройствах, бытовой технике, телевизорах и многих других областях.

    Танталовый конденсатор

    Танталовые конденсаторы изготовлены из металлического тантала (Ta) в качестве материала анода.По разным анодным структурам танталовые конденсаторы можно разделить на танталовые конденсаторы с фольгой и танталовые конденсаторы с танталовым порошком и спеченные танталовые конденсаторы .

    Танталовые конденсаторы из спеченного танталового порошка можно разделить на танталовые конденсаторы с твердым электролитом и танталовые конденсаторы с нетвердым электролитом в соответствии с их различным рабочим электролитом. Среди них большой спрос на твердотельные танталовые электролитические конденсаторы, такие как конденсаторы типа CA и CA42.

    Танталовый конденсатор

    Танталовые электролитические конденсаторы имеют маркировку CA на корпусе, но символы в цепи такие же, как и у других электролитических конденсаторов. Наиболее распространенная конструкция танталового конденсатора показана на рисунке выше.

    По сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами танталовые электролитические конденсаторы имеют следующие преимущества:

    1. Маленький

    Поскольку в танталовых конденсаторах используется танталовый порошок с очень мелкими частицами, а диэлектрическая проницаемость пленки оксида тантала на 17 больше, чем у пленки оксида алюминия, танталовый конденсатор имеет большую емкость на единицу объема.

    2. Широкий диапазон рабочих температур

    Обычно танталовые электролитические конденсаторы могут нормально работать при температуре от -50 ° C до 100 ° C. Хотя алюминиевые электролитические конденсаторы также могут работать в этом диапазоне, электрические характеристики намного уступают танталовым электролитическим конденсаторам.

    3. Длительный срок службы, высокое сопротивление изоляции, низкий ток утечки

    Пленочная среда из оксида тантала в танталовом электролитическом конденсаторе не только устойчива к коррозии, но также может сохранять хорошие характеристики в течение длительного времени.

    4. Хорошие частотные характеристики импеданса

    Для конденсаторов с плохими частотными характеристиками емкость значительно уменьшается при высокой рабочей частоте, а также резко возрастают потери. Но твердотельные танталовые электролитические конденсаторы могут работать на частотах выше 50 кГц. С увеличением частоты танталовые конденсаторы также будут демонстрировать уменьшение емкости, но это уменьшение будет относительно небольшим.

    Данные показывают, что при работе на частоте 10 кГц емкость танталовых конденсаторов падает менее чем на 20%, в то время как емкость алюминиевых электролитических конденсаторов падает на целых 40%.

    5. Высокая надежность

    Пленка оксида тантала обладает стабильными химическими свойствами, а также потому, что Ta2O5, танталовая анодная подложка, может противостоять сильным кислотам и щелочам. Следовательно, он может использовать твердые электролиты или жидкие электролиты с низким удельным сопротивлением кислоте, что снижает потери танталовых электролитических конденсаторов по сравнению с алюминиевыми электролитическими конденсаторами, а температурная стабильность является хорошей.

    Заключение

    Спасибо, что прочитали нашу статью, и надеемся, что она вам понравилась.Если вы хотите узнать больше о тантале, мы хотели бы посоветовать вам посетить Advanced Refractory Metals ( ARM ) для получения дополнительной информации.

    со штаб-квартирой в Лейк-Форест, Калифорния, США, ARM – ведущий производитель и поставщик тугоплавких металлов во всем мире. Она предоставляет клиентам высококачественные тугоплавкие металлы, такие как вольфрам, молибден, тантал, рений, титан, и цирконий по очень конкурентоспособной цене.

    Танталовый конденсатор против керамического

    Дефицит многослойных керамических конденсаторов (MLCC) начался в 2018 году и, по прогнозам, сохранится в этом году. Конденсаторы, особенно MLCC, являются жизненно важной частью почти всех распространенных электронных устройств, и в результате рынок конденсаторов становится все более прибыльным. Ожидалось, что только рынок MLCC вырастет с 5 миллиардов долларов в 2018 году до более 7 миллиардов долларов к 2023 году.

    Этот постоянный дефицит заставил многих производителей и клиентов рассматривать альтернативы, популярной заменой которых являются танталовые конденсаторы.Во многих приложениях вместо MLCC можно использовать танталовые конденсаторы, но это часто требует более высоких затрат. Однако со всеми сбоями в цепочке поставок и последствиями, вызванными текущей пандемией COVID-19, сроки поставки тантала увеличились, и опасения по поводу возможной нехватки тантала становятся все более актуальными. По мере того, как становится все труднее приобретать запасы, а использование альтернатив увеличивается, важно знать, как разные конденсаторы сравниваются и контрастируют. В этом посте мы сравниваем танталовый конденсатор и керамический, различия между ними и их преимущества.

    Танталовые и керамические конденсаторы:

    Танталовые конденсаторы – это подтип электролитических конденсаторов, в которых в качестве анода используется металлический тантал. Танталовые конденсаторы обладают превосходными частотными характеристиками и долговременной стабильностью. Они известны своим практически неограниченным сроком хранения, высокой плотностью емкости и надежностью. Танталовые конденсаторы доступны как с мокрым (фольга), так и с сухим (твердый) электролитическим типом, из которых наиболее распространены сухие.

    Хотя танталовые конденсаторы обычно требуют внешнего отказоустойчивого устройства, чтобы избежать проблем, вызванных их режимом отказа, они используются в самых разных схемах.Некоторые приложения включают ПК, ноутбуки, медицинские устройства, усилители звука, автомобильные схемы, сотовые телефоны и другие устройства поверхностного монтажа (SMD). Танталы также являются популярной заменой алюминиевых электролитов, используемых в военных целях, поскольку они не высыхают и не изменяют емкость с течением времени.

    В керамических конденсаторах

    используется один из основных типов конденсаторов, в которых в качестве диэлектрика используется керамический материал. Известный изолятор, керамика был одним из первых материалов, использованных при производстве конденсаторов.Эти конденсаторы имеют небольшой размер, меньшее максимальное номинальное напряжение и меньшие значения емкости. Двумя наиболее распространенными типами являются MLCC и керамические дисковые конденсаторы.

    Керамические конденсаторы используются во многих различных приложениях и чаще всего используются в личных электронных устройствах. Одни только MLCC являются наиболее производимыми конденсаторами, которые используются примерно в 1 млрд электронных устройств в год. Некоторые варианты использования включают печатные платы, индукционные печи, преобразователи постоянного тока в постоянный и силовые выключатели.Керамические конденсаторы часто используются в качестве конденсаторов общего назначения, потому что они не поляризованы и бывают самых разных емкостей, номинальных напряжений и размеров.

    В производстве конденсаторов некоторые ключевые игроки включают:

    • Абракон
    • AVX
    • Johanson Dielectrics
    • Мурата
    • Вишай
    • Кемет
    • Panasonic
    • TE Подключение

    Танталовые конденсаторы против керамических:

    Хотя и танталовые, и керамические конденсаторы схожи по своим функциям, они сильно различаются по технологии изготовления, материалам и характеристикам.

    С точки зрения характеристик конденсаторов танталовые и керамические конденсаторы различаются по нескольким ключевым параметрам:

    • Возраст:

      Когда дело доходит до конденсаторов, логарифмическое уменьшение емкости с течением времени называется старением. Керамические конденсаторы стареют, а тантал – нет. Танталовые конденсаторы даже не имеют известного механизма износа.
    • Поляризация:

      Танталовые конденсаторы обычно поляризованы. Это означает, что их можно подключать к источнику постоянного тока только при соблюдении правильной полярности клемм.С другой стороны, керамические конденсаторы неполяризованы и могут безопасно подключаться к источнику переменного тока. Благодаря отсутствию поляризации керамические конденсаторы имеют лучшую частотную характеристику.
    • Температурный отклик:

      При изменении температуры танталовые конденсаторы обычно показывают линейное изменение емкости, в то время как керамические конденсаторы обычно имеют нелинейный отклик. Тем не менее, керамические конденсаторы могут иметь линейный тренд, сужая диапазоны рабочих температур и учитывая температурный отклик на этапе проектирования.
    • Отклик по напряжению:

      Если посмотреть на изменение емкости в зависимости от приложенного напряжения, танталовые конденсаторы демонстрируют стабильную стабильность, тогда как керамические конденсаторы – нет. В ответ на более высокие приложенные напряжения диэлектрическая проницаемость диэлектрика в керамическом конденсаторе сокращается и вызывает изменения емкости. Хотя изменения емкости керамических конденсаторов обычно линейны и могут быть легко учтены, некоторые диэлектрики с более высокой диэлектрической проницаемостью могут терять около 70% своей начальной емкости при работе при номинальном напряжении.

    Танталовый конденсатор против керамических параметров:

    Параметр конденсатора:

    Конденсаторы танталовые:

    Конденсаторы керамические:

    Эффективность старения

    Зависимость смещения постоянного тока

    Стабильность эквивалентного последовательного сопротивления (ESR)

    Фильтрация высоких частот

    Низкая индуктивность

    Отклик на микрофонный (пьезоэлектрический) эффект

    Умеренный диапазон и реакция

    Объемный КПД

    (Ссылка)

    Конденсаторы источника:

    Поскольку нехватка MLCC вызывает повышенный спрос на тантал и недавние сбои в глобальной цепочке поставок, нехватка танталовых конденсаторов становится все более вероятной.Эти факторы в сочетании с производственными изменениями и переносом производства крупными производителями приводят к тому, что сроки выполнения заказов на тантал значительно увеличиваются. Хотя закупить тантал и другие конденсаторы будет сложнее, существуют способы избежать производственных потерь из-за нехватки компонентов. Здесь, в Sensible Micro, мы поддерживаем глобальную сеть проверенных поставщиков, чтобы помочь вам найти нужные детали. Мы также держим на складе широкий ассортимент готовых к отправке компонентов, и наша внутренняя команда по поиску поставщиков усердно работает над поиском потенциальных альтернативных производителей или «перекрестных» возможностей для компонентов товарного типа.Если вам нужна помощь в поиске конденсаторов, позвоните одному из наших экспертов по поисковым решениям сегодня!

    Будьте в курсе последних событий в отрасли и в нашем сообществе, подписавшись на блог Sensible Micro!

    Танталовый конденсатор »Электроника

    Танталовые конденсаторы обеспечивают очень высокий уровень емкости в небольшом корпусе. Они идеальны там, где требуется высокая емкость, но низкий ток.


    Capacitor Tutorial:
    Использование конденсатора Типы конденсаторов Электролитический конденсатор Керамический конденсатор Танталовый конденсатор Пленочные конденсаторы Серебряный слюдяной конденсатор Супер конденсатор Конденсатор SMD Технические характеристики и параметры Как купить конденсаторы – подсказки и подсказки Коды и маркировка конденсаторов Таблица преобразования


    Танталовые конденсаторы позволяют обеспечить очень высокие уровни емкости в небольших корпусах.

    Несмотря на то, что они не обладают допустимой токовой нагрузкой и не так электрически надежны, как электролитические конденсаторы, их размер и производительность означают, что они широко используются во многих приложениях.

    Танталовые конденсаторы

    также широко используются в форматах для поверхностного монтажа, поскольку они намного дешевле, чем их алюминиевые электролитические соединения, и лучше выдерживают процесс пайки.

    Выбор танталовых конденсаторов с выводами

    Вместо оксидной пленки на алюминии они использовали оксидную пленку на тантале.Обычно они не имеют высоких рабочих напряжений, 35 В обычно являются максимальными, а некоторые даже имеют значения всего вольта или около того.

    Подобно электролитическим конденсаторам, тантал также поляризован, и они очень нетерпимы к обратному смещению, часто взрываясь при воздействии напряжения. Однако их небольшой размер делает их очень привлекательными для многих приложений.

    Танталовые конденсаторы с выводами

    Базовые танталовые

    Танталовые конденсаторы – это особая форма электролитических конденсаторов.В отличие от более привычных алюминиевых электролитических конденсаторов, танталовые конденсаторы намного меньше и предлагают очень высокий уровень емкости для данного объема и веса. Они также обладают более низким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением), чем алюминиевые электролиты, наряду с более высокими рабочими температурами и меньшими утечками

    Танталовый конденсатор представляет собой небольшую таблетку тантала, которая действует как анод для конденсатора. Он покрыт слоем оксида, который действует как диэлектрик для конденсатора и, в свою очередь, окружен проводящим катодом.Использование тантала в конденсаторе позволяет использовать очень тонкий оксидный слой.

    Тонкий оксидный слой означает, что можно достичь гораздо более высоких уровней емкости, чем при использовании какого-либо другого типа диэлектрика, а также обеспечивает превосходную стабильность во времени.

    Виды отказа танталового конденсатора

    Одним из недостатков очень тонкого оксидного слоя в качестве диэлектрика является его невысокая прочность. Поэтому при использовании танталовых конденсаторов следует соблюдать осторожность.

    Танталовые конденсаторы

    надежны при условии, что они работают в пределах своих технических характеристик. Многие стандарты надежности рекомендуют использовать их при максимальном напряжении 50% или 60% от номинального рабочего напряжения, чтобы обеспечить хороший запас. Если это будет сделано, они будут работать надежно и обеспечить хорошее обслуживание.

    Танталовые конденсаторы не допускают злоупотреблений. Если они имеют обратное смещение или их рабочее напряжение превышает десять, они могут резко выйти из строя. В лучшем случае они могут испускать немного дыма, но могут также выйти из строя со взрывом.

    Необходимо соблюдать осторожность, чтобы этого не произошло, поскольку в некоторых случаях это может привести к отказу оборудования или даже к пожару.

    Танталовые конденсаторы с выводами

    Танталовые конденсаторы с выводами обычно бывают небольшими и залиты эпоксидной смолой для предотвращения повреждений.

    Из-за своей формы их иногда называют танталовыми конденсаторами.

    Танталовый конденсатор с выводами

    Маркировка конденсаторов обычно наносится непосредственно на оболочку в виде цифр, хотя когда-то была популярна система цветового кодирования, и некоторые конденсаторы все еще можно увидеть при использовании этой системы.

    Маркировка танталовых конденсаторов с выводами

    Танталовые конденсаторы SMD

    Танталовые конденсаторы для поверхностного монтажа широко используются в современном электронном оборудовании. При проектировании с достаточными запасами они обеспечивают надежное обслуживание и позволяют получать высокие значения емкости в небольших корпусах, необходимых для современного оборудования.

    Выбор танталовых конденсаторов SMD

    Изначально алюминиевые электролиты не предлагались в корпусах для поверхностного монтажа, поскольку они не могли выдерживать температуры, необходимые при пайке.В результате танталовые конденсаторы, которые выдерживали процесс пайки, были почти единственным выбором для дорогостоящих конденсаторов в сборках, использующих технологию поверхностного монтажа. Теперь, когда доступны электролиты для поверхностного монтажа, тантал по-прежнему является предпочтительным конденсатором для поверхностного монтажа, поскольку они предлагают отличные параметры стоимости, размера и производительности.

    Танталовые конденсаторы SMD

    Танталовые конденсаторы SMD бывают разных размеров. Обычно они соответствуют стандартным размерам, определенным EIA, Electronic Industries Alliance.

    Размеры танталового конденсатора поверхностного монтажа
    Обозначение упаковки Размер (мм) Обозначение EIA
    Размер A 3,2 х 1,6 х 1,6 EIA 3216-18
    Размер B 3,5 х 2,8 х 1,9 EIA 3528-21
    Размер C 6,0 х 3,2 х 2,2 EIA 6032-28
    Размер D 7.3 х 4,3 х 2,4 EIA 7343-31
    Размер D 7,3 х 4,3 х 4,1 EIA 7343-43

    Маркировка танталовых конденсаторов SMD

    Маркировка танталовых конденсаторов SMD обычно состоит из трех цифр. Первые два образуют значащие цифры, а третье – множитель. Значения указаны в пикофарадах. Поэтому танталовый конденсатор SMD, показанный ниже, имеет значение 47 x 10 5 пФ, что равно 4.7 мкФ. Маркировка танталовых конденсаторов SMD

    Иногда значения обозначаются более четко, как показано в примере ниже. Ценность очевидна по маркировке.

    Маркировка танталовых конденсаторов SMD

    Краткое описание танталовых конденсаторов

    В таблице ниже представлены некоторые характерные особенности танталовых конденсаторов, которые следует учитывать при проектировании схем или замене старых компонентов.

    Танталовый конденсатор Сводка
    Параметр Детали
    Типичные диапазоны емкости от 1 мкФ до 100 мкФ
    Номинальное напряжение Примерно с 1.От 5 до 20 В.
    Преимущества
    • Высокая объемная емкость
    • Высокая емкость на единицу веса
    • Надежен при использовании в электрических пределах
    • Рентабельность
    • Доступен в формате SMD
    • Широкий диапазон рабочих температур
    Недостатки
    • Должен использоваться в пределах своих электрических возможностей, иначе он может выйти из строя.
    • Обычно нет высоких напряжений и очень высоких уровней емкости.
    • Не любит превышение допустимого напряжения
    • Не любит обратное смещение
    • Низкий ток пульсации

    Другие электронные компоненты:
    резисторы Конденсаторы Индукторы Кристаллы кварца Диоды Транзистор Фототранзистор Полевой транзистор Типы памяти Тиристор Разъемы Разъемы RF Клапаны / трубки Аккумуляторы Переключатели Реле
    Вернуться в меню «Компоненты».. .

    Танталовый конденсатор Применение, различия танталовых и керамических конденсаторов

    Танталовый конденсатор является одним из типов «электролитических конденсаторов». Этот тип конденсатора поляризован по своей природе. В этом конденсаторе в качестве анода используется пористый тантал. Он дополнительно покрыт проводящим слоем, известным как катод. В нем присутствует слой оксида, который действует как диэлектрик. Он известен своей способностью генерировать более высокие значения емкости / объема.

    Причина возникновения высокой емкости заключается в том, что диэлектрик в нем очень тонкий, не говоря уже о том, что они занимают меньше места, поэтому их чаще всего можно найти на ноутбуках.

    Что такое танталовый конденсатор?

    Конденсатор с выводом из металла «тантал» в качестве анода можно определить как танталовый конденсатор. Поляризованный характер этих конденсаторов делает их пригодными для использования в источниках постоянного тока. При подключении этого конденсатора к любой цепи необходимо учитывать полярность клемм.

    Танталовый конденсатор Обозначение

    На рисунке выше изображен танталовый конденсатор. Когда на анодный вывод подается положительное напряжение, на аноде образуется оксидный слой, который действует как диэлектрик. Диэлектрик, образующийся в этом конденсаторе, обычно представляет собой тонкий слой около 1,7 нм / об. Размер диэлектрика зависит от величины приложенного напряжения. Затем, после образования оксидного слоя, его окунают в раствор электролита, который действует как катод.Так устроен танталовый конденсатор . Как мы знаем, вывод из спеченного анода увеличивает емкость конденсатора. Точно так же в танталовом конденсаторе также спекается анодный вывод, благодаря чему увеличивается площадь электрода и, следовательно, его емкость. Танталовые конденсаторы работают по принципу «электролитических конденсаторов».

    Полярность и маркировка танталовых конденсаторов
    • Эти конденсаторы известны своим поляризованным поведением.
    • Только конденсатор, сделанный из алюминия в качестве анода, может выдерживать обратное напряжение, а эти конденсаторы не могут этого выдержать. Это приводит к нарушению присутствующего в нем диэлектрика. Это может даже привести к «короткому замыканию».
    • Эти цепи имеют положительные и отрицательные клеммы.
    • Положительный – анод. Отрицательный – катод.
    • А в случае с этим конденсатором на нем отмечен символ +.

    Танталовый электролитный конденсатор

    Отказ

    В этом конденсаторе существует режим, называемый отказом. Это связано с скачками напряжения. Анод этого конденсатора реагирует на эти всплески, которые вступают в реакцию с диоксидом марганца, электролитом, который действует как катод. Энергии, высвобождаемой из-за выброса, становится достаточно для «химической реакции».

    Это приводит к выделению тепла в конденсаторе. Дальнейшее выделение тепла приводит к образованию пламени и дыма.Это состояние называется «термическим побегом». Этот тип состояния можно предотвратить с помощью предохранительных схем, известных как «тепловые предохранители» или «ограничители тока».

    Применение и размеры для поверхностного монтажа

    Конденсаторы этого типа известны своей высокой стабильностью и надежностью. В этих конденсаторах утечка тока мала. Эти конденсаторы используются в следующих целях:

    1. Они используются в схемах «выборки и хранения». Обычно он полагается на «низкий ток утечки», так что достигается длительное состояние выдержки.
    2. Благодаря стабильности и компактным размерам они используются в цепях питания для фильтрации.
    3. Может использоваться в «Версиях военных спецификаций (MIL-SPEC)». Он предлагает высокие значения допусков при более широком диапазоне рабочих температур.
    4. В области электроники, которая используется в медицине, эти конденсаторы предпочтительны из-за стабильного поведения.
    5. В практических приложениях схем аудиоусилителей используются танталовые конденсаторы.

    Выше приведены некоторые практические применения танталовых конденсаторов.

    Если эти конденсаторы разработаны на основе техники «поверхностного монтажа», то они называются «танталовые конденсаторы SMD». Поскольку высокая емкость, надежность доступна в меньших размерах, они более предпочтительны для печатных плат.

    Конденсаторы, изготовленные из алюминия, не разработаны с использованием технологии SMD, поскольку они не могут выдерживать диапазоны температур, требуемых во время пайки.Однако по этим причинам предпочтительнее использовать танталовые конденсаторы.

    Эти конденсаторы типа «SMD» могут быть разных размеров. Эти стандарты основаны на «Альянсе электронной промышленности (EIA)».

    Танталовый конденсатор SMD Размеры

    Различия между танталом и керамическим конденсатором

    Различия между танталовыми и керамическими конденсаторами заключаются в следующем:

    0000000000009 Керамический конденсатор

    1.Эти конденсаторы поляризованы. 1. Эти конденсаторы не поляризованы.
    2. Часть танталового покрытия называется положительной клеммой. 2. В конденсаторе выбран керамический диэлектрик.
    3. Эти конденсаторы обладают большой площадью пластины. 3. По сравнению с танталовыми конденсаторами, эти конденсаторы имеют меньшую общую площадь пластин.
    4. Слой диэлектрика тонкий. 4. Слои диэлектрика более толстые по сравнению с другими конденсаторами.
    5. Он не выдерживает обратного напряжения. 5. Он может выдерживать обратное напряжение
    6. Символ этого конденсатора следующий 6. Символ этого конденсатора следующий

    Вышеупомянутые основные различия, которые позволяют сравнить керамические и танталовые конденсаторы.

    Танталовые конденсаторы в основном известны своей «насадочной плотностью». Это компактные размеры. Из-за своей стабилизированной природы они предпочтительнее «алюминиевых электролитических конденсаторов». Его постоянство, как обсуждалось выше, приводит к достижению высоких результатов.

    Компактность и эффективность делают его удобным для гибких операций с современным электронным оборудованием. Цепи ограничения, представленные как расширения этих цепей, действуют как средства защиты. Необходимость в этих ограничителях связана с поляризующим эффектом, присутствующим в этом конденсаторе.А чтобы избежать обратного подключения, на конденсаторе нанесен знак «+». С маркировкой и ее классификацией на основе полярности следует обращаться осторожно.

    Исходя из вышеизложенного, можете ли вы сказать, каким должен быть диапазон рабочего напряжения танталового конденсатора?

    Танталовые конденсаторы в космических приложениях – Блог о пассивных компонентах

    Существует тенденция использовать детали коммерческого (автомобильного) класса в космических приложениях, чтобы снизить стоимость конечных электронных устройств.В танталовых (Ta) конденсаторах снижение номинальных значений на 50% или выше (пониженное напряжение приложения V a по сравнению с номинальным напряжением V r ) – это способ решения проблем надежности коммерческих компонентов. В действительности, коммерческие Ta-конденсаторы со снижением номинальных значений на 50% могут быть более дорогими и менее надежными, чем высоконадежные или специальные детали COTS без снижения номинальных значений / с низким снижением номинальных значений, особенно при более высоких напряжениях приложения. Продолжайте читать ниже.

    опубликовано EPCI с одобрения оргкомитета ESA SPCD 2018.

    Автор (ы): Юрий Фриман и Фил Лесснер
    Организации: KEMET Electronics Corporation, 2835 KEMET Way, Simpsonville, SC 29681
    Симпозиум: ESA SPCD 2018
    Ссылка: Test, Надежность и оценка для космоса 3.
    ISBN: N / A
    Электронные сеансы Приложения: Aerospace
    Электронные сеансы Компоненты объема: Конденсаторы
    Темы электронных сессий: Технические характеристики и квалификация, Технология, качество и Надежность

    Более того, тестирование коммерческих частей конечным пользователем может быть непродуктивным, поскольку материалы и процессы в этих частях могут быть изменены для снижения стоимости производства.В этом случае детали из следующей партии могут отличаться от только что испытанных. В отличие от этого, изменение материалов и процессов в деталях Hi-Rel и специальных COTS требует повторной квалификации и уведомления клиентов, в то время как каждая производственная партия подвергается установленному тесту на надежность.

    В целом, значительный объем данных показывает повышенную вероятность отказов и высокие связанные с ними потери из-за использования коммерческих частей в космосе. По данным Управления генерального инспектора НАСА, с 2009 года НАСА потерпело четыре неудачных миссии и одну с ограниченными возможностями из-за некачественных деталей [отчет НАСА по аудиту №ИГ-17-016 от 29 марта 2017 г.]. Общие убытки агентства, связанные с этими сбоями, приблизились к 1,3 миллиарда долларов. ЕКА также сообщило об убытках, связанных с коммерческими частями [Л. Фархат и Д. Лакомб. Уроки, извлеченные в ЕКА из неудач с коммерческим продуктом / процессом в космическом применении . Труды Дней сети пассивных компонентов, Брно, Чешская Республика, сентябрь 2017 г.].

    Существует возможность достичь высочайшей надежности и эффективности и потенциально снизить стоимость конденсаторов Ta за счет использования специальных деталей COTS, изготовленных с использованием передовой безупречной технологии (F-Tech) и уникальной имитации пробоя (SBDS) и используемых без -рейтинг.Термодинамическая основа и особенности F-Tech и SBDS описаны в книге « Танталовые и ниобиевые конденсаторы: наука, технологии и приложения » Я. Фримена, опубликованной Springer в 2017 году.

    В книге процитировано сравнение надежности твердоэлектролитических (MnO 2 ) Ta конденсаторов с F-Tech / SBDS и традиционной (Industry Average) технологией, выполненное W. Winkel и E. Rich из Northrop Grumman Corporation. [ Принципы высокой надежности и проверки в твердотельных танталовых конденсаторах , Труды CARTS International 2014].Экспериментальные значения интенсивности отказов в базовом D-случае 15 мкФ – 35 В Твердоэлектролитические (MnO 2 ) Ta конденсаторы показаны на рис. 1.

    Рис. 1. Интенсивность отказов при номинальном напряжении, 85 o C и 42,25 ч в базовом D-корпусе 15 мкФ – 35 В Твердо-электролитические Ta-конденсаторы с традиционными (в среднем по отрасли) технологиями и технологиями F-Tech / SBDS

    Как видно из таблицы, для того же типа детали и условий применения частота отказов примерно в 5 * 10 7 раз ниже с F-Tech / SBDS по сравнению собычная технология. Кроме того, снижение номинальных характеристик деталей F-Tech / SBDS обеспечивает более резкое снижение частоты отказов (коэффициент коррекции напряжения) по сравнению с традиционной технологией (рис. 2).

    Рис. 2. Поправочный коэффициент напряжения отказов в корпусе D 15 мкФ – 35 В Твердо-электролитические Ta-конденсаторы с традиционными (отраслевыми) технологиями и технологиями F-Tech / SBDS.

    Согласно рис. 2, 20% -ное снижение номинальных характеристик деталей KEMET F-Tech / SBDS обеспечивает большее снижение интенсивности отказов, чем 50-процентное снижение номинальных характеристик деталей со средним показателем в отрасли при использовании традиционной технологии.В обоих случаях экспериментальные данные хорошо соответствуют степенной функции; однако показатель степени в этой функции примерно в 4 раза больше с F-Tech / SBDS по сравнению с традиционной технологией, что приводит к резкому падению частоты отказов с понижением рейтинга.

    Показанные на рис. 1 и 2 экспериментальные значения интенсивности отказов в конденсаторах MnO 2 Ta были получены с помощью ступенчатого испытания на долговечность (SSLT) с постепенным увеличением приложенного напряжения выше номинального напряжения и временем выдержки на каждом этапе. Аналогичный тест SSLT был проведен на конденсаторах того же типа D-case 15 мкФ – 35 Polymer Ta, изготовленных с использованием F-Tech / SBDS.Материалы и процессы в полимерных конденсаторах были такими же, как и в конденсаторах MnO 2 , за исключением катода, где диоксид марганца был заменен проводящим полимером. Полимерная технология была либо гибридом с внутренней полимеризацией на месте и внешней предварительной полимеризацией суспензии, либо специальной суспензией внутри и снаружи (книга, глава 2.3). На рис. 3 показаны результаты SSLT для корпуса D 15 мкФ – 35 В MnO 2 , гибридных полимерных конденсаторов и конденсаторов с полимерной суспензией.

    Фиг.3. Результаты SSLT для конденсаторов Ta 15 мкФ – 35 В в корпусе D с F-Tech / SBDS и разными катодами

    Как видно на рис. 3, ни один полимерный конденсатор не вышел из строя в условиях испытаний, которые привели к отказу практически всех конденсаторов MnO 2 . Эти результаты демонстрируют исключительную прочность диэлектрика в конденсаторах Polymer Ta, изготовленных с использованием F-Tech и SBDS. Эта исключительная электрическая прочность была также подтверждена тестом BDV (рис. 4)

    .

    Фиг.4. Конденсаторы БДВ в корпусе D 15 мкФ – 35 В Ta с F-Tech / SBDS и разными катодами

    Рис. 4 показывает, что сочетание передовой технологии анодов и диэлектриков (F-Tech), технологии специальных суспензионных полимеров и уникальной технологии экранирования (SBDS) обеспечивает наивысшую диэлектрическую прочность и, следовательно, стабильность и надежность, когда-либо достигнутые в любые твердотельные конденсаторы Ta. Эти полимерные конденсаторы Ta также демонстрируют самое высокое прикладное напряжение и самый низкий DCL, которые сравнимы с таковыми в конденсаторах Wet Ta, в то время как их ESR намного ниже, чем ESR в Wets.В качестве примера на рис. 5 показана эволюция выводов Ta-конденсаторов

    типа B.

    Рис.5 Развитие Ta-конденсаторов

    Основной движущей силой эволюции конденсаторов Ta является снижение ESR, чтобы обеспечить более высокие рабочие частоты и меньшее тепловыделение переменным током. В течение полувека прогресс в области ESR сопровождался снижением рабочих напряжений и увеличением DCL сначала в твердоэлектролитических (MnO 2 ), а затем в полимерных Ta конденсаторах.Когда в 1990-х были разработаны полимерные Ta-конденсаторы, они были низковольтными, негерметичными и ненадежными; тем не менее, их ESR было значительно ниже по сравнению с ESR конденсаторов Wets и MnO 2 Ta.

    Показано на рис. 5 Полимерные конденсаторы 2015 Ta представляют собой конденсаторы Ta с полимерным герметичным уплотнением (PHS) KEMET, изготовленные из F-Tech / SBDS, специальной полимерной суспензии и контролируемого количества влажности в герметичной емкости (книга, глава 3.3). Эти полимерные конденсаторы Ta имеют рабочее напряжение и DCL, аналогичные тем, которые используются в конденсаторах Wet Ta, но гораздо более низкое ESR, особенно при низких температурах.PHS покрываются DLA 13030 и успешно используются в космосе около пяти лет.

    При использовании любой технологии снижение номинальных характеристик сильнее влияет на объем и вес конденсаторов Ta по сравнению с другими типами конденсаторов. Например, снижение номинальных характеристик керамических конденсаторов на 50% обычно приводит к увеличению объема примерно в 2 раза для сохранения той же емкости.

    В отличие от этого, снижение номинальных характеристик Ta-конденсаторов на 50% приводит к примерно 10-кратному увеличению объема и пропорциональному увеличению веса для сохранения той же емкости.Сильное влияние снижения номинальных характеристик на объем и вес Ta-конденсаторов связано с комбинацией более толстого диэлектрика и более крупного порошка Ta с меньшей удельной площадью поверхности, необходимой для образования более толстого диэлектрика на Ta-анодах.

    В качестве примера на рис.6 показаны твердо-электролитические Ta-конденсаторы емкостью 4,7 мкФ и напряжением приложения 25 В: корпус D 4,7 мкФ – 50 В (снижение на 50%), корпус B 4,7 мкФ – 35 В (30% с понижением номинальных значений), а в случае A – 4,7 мкФ -25 (без снижения номинальных значений). Соотношение объема и веса в этих конденсаторах составляет примерно 10: 2.5: 1.

    Рис. 6. Твердо-электролитические Ta-конденсаторы для поверхностного монтажа, корпус D 4,7 мкФ -50 В, корпус B 4,7 мкФ – 35 В и корпус A 4,7 мкФ – 25 В

    Увеличение объема Ta-конденсаторов из-за снижения номинальных характеристик означает одинаковую потерю объемного КПД с точки зрения заряда (CV / куб.см) и энергии (E / куб.см). В то же время высокий объемный КПД является основным преимуществом конденсаторов Ta по сравнению с другими типами конденсаторов.

    Десятикратная потеря объемного КПД из-за снижения номинала на 50% делает КПД Ta-конденсаторов сопоставимым с эффективностью менее дорогих керамических конденсаторов.Кроме того, толстый диэлектрик в конденсаторах Ta с более высоким напряжением, изготовленных по традиционной технологии и используемых со снижением номинала на 50%, содержит большое количество начальных дефектов, которые могут развиваться и вызывать сбои поля даже при снижении номинала.

    В этом случае снижение рейтинга отрицательно сказывается на надежности. Наконец, 10-кратное увеличение объема из-за снижения номинальных характеристик на 50% и пропорционального увеличения веса приводит к более высокой стоимости производства, которая сильно зависит от количества порошка Ta в анодах Ta.

    Хотя F-Tech и SBDS увеличивают стоимость производства, Ta-конденсаторы, изготовленные с использованием F-Tech / SBDS и используемые без снижения номинальных характеристик или с низким (20-30%) снижением, обеспечивают не только более высокую надежность и эффективность, но и потенциально более низкие. стоимость по сравнению с более крупными коммерческими конденсаторами Ta, используемыми со снижением номинальных характеристик на 50%.

    F-Tech и SBDS также помогают снизить аномальный ток заряда (ACC) в полимерно-танталовых конденсаторах высокого напряжения (книга, глава 3.5). В качестве примера на рис.7 показан ток при V = 28 В во время линейного испытания (dV / dt = 120 В / с) негерметичного полимерного конденсатора Ta 15 мкФ – 35 В в корпусе D, изготовленного с обычным (a ) и технологии F-Tech / SBDS (b).Перед испытанием на рампе конденсаторы прогревались при 125 o C, а затем охлаждались до 0 o C.

    Рис. 7. Испытание на разгон полимерных танталовых конденсаторов 540D 15 мкФ – 35 В, изготовленных по традиционной технологии (a) и F-Tech / SBDS (b)

    Как видно на рис. 7, текущие значения ниже при использовании F-Tech / SBDS по сравнению с традиционной технологией, но все же выше, чем теоретическое значение тока, рассчитанное как I = C * dV / dt. Ведутся работы по снижению тока до теоретического уровня (исключить ACC).

    Выводы и рекомендации

    • Для использования в космосе рекомендуются только конденсаторы Hi-Rel и специальные конденсаторы COTS Ta с подтвержденной надежностью.
    • Обычно используемое снижение номинальных характеристик конденсаторов Ta на 50% приводит к 10-кратному увеличению объема и пропорциональному увеличению веса и стоимости. Это также может отрицательно сказаться на надежности конденсаторов Ta с более высоким напряжением, изготовленных по традиционной технологии.
    • Конденсаторы
    • Ta, изготовленные с использованием F-Tech / SBDS и используемые без снижения номинальных характеристик или с низким (20% -30%) снижением, обеспечивают высокую надежность и эффективность, а также потенциально экономичны по сравнению сконденсаторы Ta большего размера, изготовленные по традиционной технологии и используемые со снижением номинала на 50% или выше.
    • Полимерные Ta-конденсаторы
    • , изготовленные с использованием F-Tech / SBDS и специальной полимерной технологии, обеспечивают не только низкое ESR, но также самую высокую диэлектрическую прочность и, таким образом, стабильность и надежность, когда-либо достигнутые в любых твердотельных конденсаторах Ta.
    • F-Tech и SBDS помогают подавить ACC в полимерных Ta-конденсаторах высокого напряжения в сочетании с высокой стабильностью и надежностью.

    Благодарность:

    Авторы хотели бы поблагодарить Билла Винкеля, Эда Джонса, Эрин Аткинсон, Стива Хасси, Джонатана Полсена и Джимми Сиссона за важный вклад в экспериментальную часть работы и за очень полезные обсуждения.

    Что мне следует использовать в моей схеме: танталовый или MLC-конденсатор класса II?

    Сегодня доступно большое количество конденсаторов с различными функциями, что может затруднить разработчикам схем и инженерам-электрикам определение наиболее подходящего для их применения. Чтобы усугубить путаницу, сегодня существует некоторое заблуждение, что некоторые конденсаторы, такие как танталовые и MLCC класса II, являются взаимозаменяемыми. Но так бывает не всегда. Каждый тип конденсатора имеет определенные преимущества и недостатки, которые важно понимать, чтобы убедиться, что вы выбираете правильную технологию, которая наилучшим образом соответствует потребностям вашего конкретного приложения.В этом посте представлен краткий обзор этих двух типов конденсаторов, а также множество факторов, которые следует учитывать при выборе конденсатора.

    Краткий обзор танталовых и MLC конденсаторов

    Конденсатор, изготовленный из тантала, представляет собой пассивный электролитический конденсатор. Эти конденсаторы состоят из анода, или положительной пластины, оксидного слоя, который действует как диэлектрик конденсатора, и катода, или отрицательной пластины. В частности, в танталовых конденсаторах в качестве анода используется пористый металлический тантал в форме таблетки, в качестве диэлектрика – оксидный слой, а в качестве катода – слой оксида марганца (рис. 1).Танталовые конденсаторы бывают радиального, осевого и поверхностного монтажа (SM).

    Рис. 1. Схема конструкции типичного танталового конденсатора. Источник.

    Конденсаторы

    MLC – это пассивные керамические конденсаторы, в которых керамические слои используются в качестве диэлектрика, а тонкие металлические слои – в качестве электродов (рис. 2). MLCC могут быть в форм-факторах с выводами и SM и в основном используются для приложений с низкой емкостью (пФ – мкФ). В целом MLCC делятся на следующие два класса:

    • Конденсаторы класса I – высокая стабильность и низкие потери для резонансных цепей
    • Конденсаторы класса II – более высокий объемный КПД для приложений байпаса и связи

    MLCC класса II наиболее сопоставимы с танталовыми конденсаторами, поскольку MLCC класса II имеют более высокий объемный КПД.Поэтому оставшаяся часть обсуждения в этом посте будет сосредоточена конкретно на MLCC класса II.

    Рис. 2. Иллюстрация конструкции MLCC.

    Теперь, когда мы прошли базовый обзор различий в конструкции этих двух типов конденсаторов, давайте рассмотрим множество факторов, которые следует учитывать при выборе конденсатора, который лучше всего подходит для вашего приложения.

    Объемный КПД и высокая емкость

    Как танталовые, так и MLC-конденсаторы имеют высокий объемный КПД, что означает, что, учитывая их размер, эти конденсаторы могут выдерживать высокий уровень емкости.Однако одним большим преимуществом танталовых конденсаторов является то, что эти конденсаторы могут выдерживать значения емкости до 1000 мкФ, что в 10 раз больше, чем максимальное значение емкости MLCC класса II. Это делает танталовые конденсаторы подходящими для приложений, требующих быстрых всплесков высокой емкости и заряда в небольшом корпусе, например, в медицинских имплантируемых устройствах, таких как дефибрилляторы и кардиостимуляторы.

    Сопротивление и диапазон частот эквивалентной серии

    Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) – это внутреннее сопротивление конденсатора, которое появляется последовательно с емкостью устройства.На высоких частотах, особенно 100 кГц или выше, MLCC класса II имеют гораздо более низкое ESR, чем танталовые конденсаторы, и не будут перегреваться при использовании в высокочастотных приложениях, таких как оборудование спутниковой связи. Поскольку танталовые конденсаторы имеют меньшее сопротивление, рассеивается меньше тепла, а это означает, что танталовые конденсаторы могут перегреваться на высоких частотах. На высоких частотах танталовые конденсаторы менее надежны и могут испытывать чрезмерные потери мощности и сокращать срок службы батарей.

    Кроме того, поскольку ESR увеличивает импеданс в цепях, танталовые конденсаторы менее эффективны для сглаживания, фильтрации и связи на высоких частотах по сравнению с MLCC.Однако на низких частотах танталовые конденсаторы имеют гораздо более низкое ESR, чем MLCC. На рисунке 3 показано ESR различных типов конденсаторов в диапазоне частот.

    Рис. 3. На этом графике показано, как ESR изменяется для пяти различных типов конденсаторов от низких до высоких частот, и показано, что MLCC демонстрируют самое низкое ESR на самых высоких частотах. Источник.

    Температурная стабильность, эффекты смещения постоянного тока и старение

    Как правило, танталовые конденсаторы термостабильны и имеют минимальное линейное изменение емкости между рабочими температурами.Это делает танталовые конденсаторы подходящими для схем, работающих при чрезвычайно высоких температурах, таких как те, которые используются в скважинных нефтегазовых операциях, которые могут приближаться к 125 ° C. В этих экстремальных условиях емкость будет меняться намного меньше при использовании танталового конденсатора, чем при использовании MLCC класса II. Кроме того, напряжение смещения постоянного тока не влияет на танталовые конденсаторы, в отличие от MLCC класса II.

    Кроме того, у танталовых конденсаторов емкость не будет уменьшаться со временем, и отсутствуют какие-либо механизмы, которые могут изнашиваться по мере старения конденсатора.Диэлектрики, используемые в MLCC класса II, являются сегнетоэлектрическими, поэтому диэлектрическая проницаемость со временем будет уменьшаться, вызывая уменьшение емкости. Кроме того, MLCC класса II являются пьезоэлектрическими, что означает, что MLCC могут вибрировать во всех направлениях из-за колебаний напряжения, создавая слышимые нежелательные шумы. Таким образом, танталовые конденсаторы хорошо подходят для приложений, требующих долговременной стабильности, низкого уровня шума и высокой емкости, например, для автомобильных приложений.

    Рис. 4. Сводная информация о стабильности емкости тантала и MLCC при изменении температуры и постоянного напряжения. Источник.

    Рабочее напряжение и конфигурация
    MLCC

    класса II могут безопасно работать при напряжении до 12 кВ, в то время как танталовые конденсаторы имеют гораздо более низкое номинальное напряжение – от 4 В до 50 В в зависимости от размера. Приложение напряжения выше номинального для танталового конденсатора может привести к катастрофическому отказу, включая возгорание, возгорание, небольшие взрывы и тепловые выбросы (рис. 5). Следовательно, высоковольтные приложения, такие как источники питания, выходные фильтры высокого напряжения и умножители напряжения, нуждаются в MLCC, а не в танталовых конденсаторах.

    Рис. 5. Пример танталового конденсатора, который загорелся после превышения пределов безопасной эксплуатации. Источник.

    В танталовых конденсаторах также наблюдается линейное снижение рабочего напряжения выше 85 ° C. Поэтому производители обычно рекомендуют, чтобы напряжение танталовых конденсаторов не превышало 50 процентов от их номинального напряжения, если используется максимальная рабочая температура (Рисунок 6).

    Рис. 6. На этом графике показана взаимосвязь между рабочей температурой и емкостью для тантала и MLCC классов I и II. Источник.

    Кроме того, MLCC могут быть ориентированы любым способом, потому что к печатной плате припаяны две неполяризованные стороны. Пока оба вывода подключены к цепи, она будет работать. С другой стороны, танталовые конденсаторы поляризованы, как батарея, а это означает, что эти конденсаторы должны быть ориентированы на правильную клемму для правильной работы. Если это не сделать правильно и конденсатор подвергается воздействию сильных импульсов обратной полярности, существует вероятность возникновения взрывных режимов отказа.

    Итак, что мне следует использовать: тантал или MLCC класса II?

    Как показано, танталовые конденсаторы и MLCC не всегда взаимозаменяемы. Если единственным параметром, необходимым для рассмотрения, является емкость, тогда да, MLCC потенциально могут соответствовать более низким уровням емкости танталовых конденсаторов. Однако в большинстве приложений с высокой надежностью необходимо учитывать больше параметров, чем просто емкость. Танталовые конденсаторы могут быть привлекательным вариантом для приложений, в которых требуется высокая емкость при небольшой площади основания, а также обеспечение долговременной стабильности.Точно так же MLCC класса II в целом более надежны и поэтому хорошо подходят для приложений, которым необходимо надежно работать при высоких частотах или высоких напряжениях.

    Узнайте больше о разнообразных MLCC и других конденсаторах, предлагаемых Knowles Precision Devices.

    Танталовый конденсатор | Это строительство; важные характеристики; 3 типа

    Вопросы для обсуждения
    1. Определение и обзор
    2. Основной принцип
    3. Конструкция
    4. Типы
    5. Электрические характеристики
    6. Определение электрических характеристик
    7. Символ Обзор

      Танталовый конденсатор – это один из видов электролитического конденсатора, который представляет собой пассивное электрическое устройство.В качестве анода используется капсула из губчатого металлического тантала. Изолирующий слой оксида покрывает анод. Оксидный слой дополнительно образует диэлектрик. Он окружен твердым или нетвердым электролитом, который служит катодом.

      Танталовые конденсаторы характеризуются высокой емкостью на единицу объема или высокой объемной эффективностью благодаря очень разумному диэлектрическому слою с высокой диэлектрической проницаемостью. Повышенное значение емкости отличает танталовый конденсатор от других типов электролитических конденсаторов.Кроме того, это более дорогой конденсатор, чем любой другой электролитический конденсатор.

      Конденсатор этого типа поляризован по своей природе. Чтобы сформировать неполяризованный или биполярный танталовый конденсатор, два поляризованных конденсатора соединены последовательно. Их аноды ориентированы в противоположных направлениях.

      Основной принцип

      Электролитические конденсаторы накапливают электрическую энергию как обычные конденсаторы. Он удерживает электрическую мощность за счет разделения заряда в электрическом поле в диэлектрическом оксидном слое между двумя проводниками.

      Твердый электролит – это катод, образующий еще один электрод конденсатора. Электролитический конденсатор отличается от суперконденсаторов или электрохимических конденсаторов, где электролит обычно является ионно-проводящим соединением.

      На анодной стороне танталового конденсатора с электролитом подается положительное напряжение. Приложенное напряжение вызывает образование тонкого оксидного слоя. Этот оксидный слой действует как диэлектрический материал конденсаторов.

      Характеристики окисленного слоя можно отобразить с помощью приведенной ниже таблицы. Металл 2
      Материал анода Диэлектрический материал Относительная диэлектрическая проницаемость Структура оксида Напряжение пробоя (В / мкм) Пятиокись тантала [Ta 2 O 5 ] 27 Аморфный 625
      Ниобий Пятиокись ниобия 9018 52 9014 2 9018 аморфный 9014 9014 400

      Электролитик работает как катод для танталового электролитического конденсатора.Используются несколько типов электролитов. Обычно используются два типа электролитов – твердые и нетвердые.

      Любая жидкая среда, обладающая ионной проводимостью, может рассматриваться как нетвердый электролит. Бетонные электролиты обладают электронной проводимостью, поэтому твердые электролиты более чувствительны к искрам напряжения. Оксидный слой может быть поврежден, если полностью поменять полярность входного напряжения.

      Принцип работы электролитического танталового конденсатора основан на пластинчатом конденсаторе.’

      Емкость может быть определена по приведенной ниже формуле –

      C = ε * (A / d)

      C дает значение емкости; A показывает площадь электрода, d представляет собой расстояние между пластинами, а ε дает нам значение диэлектрической проницаемости.

      Емкость можно увеличить, если увеличить площадь электрода и увеличить диэлектрическую проницаемость.

      Если посмотреть подробно, танталовый электролитический конденсатор имеет оловянный диэлектрический слой, а его конструкция находится в диапазоне нм / вольт.Кроме того, напряженность сформированного оксидного слоя достаточно высока. Теперь этот тонкий диэлектрик объединен с высоковольтным оксидным диэлектриком и создает большую объемную емкость. Вот почему электролитический танталовый конденсатор имеет большую емкость, чем обычный конденсатор. Есть также некоторые факторы, влияющие на увеличение емкости. Это шероховатая поверхность из-за протравленных и спеченных анодов.

      Требуемое номинальное напряжение электролитического конденсатора может быть легко получено, поскольку оксидный слой зависит от приложенного напряжения на аноде.Танталовые электролитические конденсаторы имеют высокий «продукт CV», который объясняется как произведение емкости конденсатора и напряжения, деленных на объем.

      Узнайте больше о различных типах конденсаторов!

      Конструкция

      Стандартный танталовый электролитический конденсатор представляет собой дефектный конденсатор, состоящий из танталового порошка и спеченный в капсулу, которая работает как анод конденсатора. Оксидный слой, который работает как диэлектрик, состоит из пятиокиси тантала.Катод конденсатора представляет собой стабильный электролит из диоксида марганца.

      Анод

      Как упоминалось ранее, танталовый конденсатор использует танталовый порошок в качестве анода. Порошок изготовлен из чистого металлического тантала. Конденсатор, умноженный на вольт, является параметром для измерения добротности порошка.

      Металлический порошок связывается танталовой проволокой (вертикальный провод), образуя капсулу или «таблетку». Ограничивающая проволока работает как анодное соединение танталового конденсатора.

      Чем больше площадь поверхности, тем выше значение емкости. Вот почему порошки с высоким CV / г и меньшим средним размером частиц используются для деталей с высокой емкостью и низким напряжением. Определенное напряжение может быть достигнуто, если мы сможем выбрать правильный тип порошка и почти идеальную температуру для спекания. Подходящая температура спекания может составлять около – 1200-1800 градусов по Цельсию.

      Диэлектрик

      Электрохимический процесс, называемый анодированием, формирует диэлектрик над частицами тантала.Первым шагом к созданию этого является то, что «гранула» погружается в очень хрупкий раствор кислоты и подаваемого постоянного напряжения.

      Как и у любого другого электролитического конденсатора, толщина диэлектрического слоя зависит от общего приложенного напряжения. В начале процесса источник питания поддерживает режим постоянного тока до тех пор, пока не будет достигнута толщина диэлектрика. После этого напряжение сохраняется, и ток может спадать до нулевого значения. Этот процесс обеспечивает неизменную согласованность во всем устройстве.

      Химические уравнения представлены ниже.

      2 Ta → 2 Ta 5+ + 10 e

      2 Ta 5+ + 10 OH → Ta 2 O 5 + 5 H 2 O

      Во время процесса на поверхности материала также происходило образование оксидов. В конечном итоге оксид врастает в материал. Оксид растет особым образом. На каждую единицу толщины роста оксида две трети доли уходит внутрь, а одна треть – наружу.Предел максимального номинального напряжения также связан с ограничением роста оксида.

      Есть запас прочности по толщине оксидного слоя.

      Катод

      Процесс образования катода представляет собой пиролиз нитрата марганца до диоксида марганца. После погружения в воду гранулы запекаются для образования диоксидного покрытия при температуре около 250 градусов Цельсия. Химические уравнения представлены ниже.

      Mn (NO 3 ) 2 → MnO 2 + 2 NO 2

      Чтобы создать толстый слой покрытия как на внутренних, так и на внешних зонах обслуживания, процесс повторяется многократно с изменением удельных плотности нитратных растворов.

      Типы танталовых конденсаторов

      Есть несколько типов танталовых конденсаторов.

      Танталовые конденсаторы с кристаллами: 80% танталовых конденсаторов относятся к этому типу. Они относятся к категории для поверхностного монтажа.

      Танталовые «жемчужные» конденсаторы: они специально разработаны для монтажа на печатных платах. Их окунают в смолу.

      Танталовые конденсаторы с осевыми выводами: в основном используются в военных, медицинских и космических приложениях. Он имеет как материальный, так и нетвердый электролит.

      Знайте о керамических конденсаторах!

      Электрические характеристики

      Последовательная эквивалентная схема

      Конденсаторы обозначены как идеальная последовательная эквивалентная схема с электрическими составляющими. Но танталовые конденсаторы нельзя назвать идеалистическими.

      На схеме ниже указана модель.

      Кл – емкость конденсатора; R ESR – эквивалентное последовательное сопротивление, которое учитывает все омические потери.L ESL – это собственная индуктивность конденсатора. Bleak – это сопротивление утечке.

      Емкость, стандартные значения и допуски

      Конструкция электрода определяет электрические характеристики электролитического танталового конденсатора. Емкость также зависит от частотных и температурных параметров. Единица емкости электролитического танталового конденсатора зависит от микрофарад (мкФ).

      • Требуемый допуск емкости определяется конкретными приложениями.
      • Для этого не требуются узкие допуски.

      Готовность и напряжение категории

      Допустимое рабочее напряжение для танталового электролитического конденсатора известно как номинальное напряжение или номинальное напряжение.

      Подача напряжения выше номинального может привести к разрушению танталового электролитического конденсатора. Применение более низкого напряжения также повлияло на конденсатор. Более низкое напряжение может продлить срок службы. Иногда это увеличивает надежность.

      Импульсное напряжение

      Стандартизованное импульсное напряжение IEC / EN 60384 – это максимальное пиковое напряжение, которое подается на вход конденсаторов. Он измеряется для продолжительности использования конденсатора без циклов.

      Переходное напряжение

      Если на танталовые электролитические конденсаторы, которые содержат стабильный диоксид марганца в качестве электролитического материала, будет приложено переходное напряжение или всплеск тока, конденсатор выйдет из строя.

      Обратное напряжение

      Типичный танталовый электролитический конденсатор поляризован и, как правило, анод должен быть положительным по отношению к катоду.

      Танталовые конденсаторы могут выдерживать обратное напряжение в течение короткого периода времени. Иногда обратное напряжение может использоваться для приложений в постоянных цепях переменного тока.

      Импеданс

      Стандартный конденсатор считается компонентом хранения электроэнергии. Иногда конденсаторы используются в цепях переменного тока в качестве резистивных элементов.Электролитический конденсатор используется в качестве разделительного конденсатора. Он блокирует постоянную составляющую сигнала с помощью диэлектрического материала.

      Ток утечки

      Ток утечки танталовых конденсаторов отличает эти типы конденсаторов или может быть идентичностью этих конденсаторов. Значение тока утечки зависит от приложенного напряжения и температуры анода.

      Символ конденсатора

      Электролитические конденсаторы имеют особый тип символа для представления цепей.Это почти похоже на обычный символ конденсатора, но знак плюса имеет значение.

      Символ электролитических конденсаторов

      О компании Sudipta Roy

      Я энтузиаст электроники и в настоящее время занимаюсь электроникой и коммуникациями.
      Я очень заинтересован в изучении современных технологий, таких как искусственный интеллект и машинное обучение.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.