Танталовый конденсатор
Танталовый конденсатор — подтип электролитического конденсатора. Изготавливается из металлического тантала, выполняющего роль анода, покрытого изолирующим оксидным слоем. За счет использования в нём тонкого слоя диэлектрика, танталовый конденсатор отличается от других электролитических конденсаторов высокой ёмкостью при одинаковом объёме и меньшим весом. Имеет высокую ёмкость, а также маленький вес по сравнению с другими конденсаторами. Танталовые конденсаторы дороже алюминиевых электролитических конденсаторов.
Танталовые конденсаторы — полярны. Обратное напряжение запускает в них процесс разрушения. Неполярные (биполярные) конденсаторы изготовлены путем последовательного соединения двух полярных конденсаторов.[1]
Устройство
Электролитические конденсаторы основаны на способности некоторых специальных металлов образовывать тонкий изолирующий слой. Подача напряжения на анод из тантала в электролитической ванне образует оксидный диэлектрический слой, толщина которого пропорциональна приложенному напряжению. Полученный диэлектрический слой аморфен и не проводит электрический ток.[2]
В качестве катода в электролитических конденсаторах используется электролит. Электролитом в танталовых конденсаторах является диоксид марганца.[2]
Диэлектрик электролитического конденсатора имеет малую толщину и лежит в диапазоне нанометров на вольт, при этом диэлектрическая прочность оксидных слоёв сильнее. Таким образом танталовые конденсаторы имеют большую объёмную ёмкость по сравнению с другими видами конденсаторов. Протравленная поверхность анода увеличивает площадь контакта, вследствие чего ёмкость конденсатора увеличивается в 200 раз.
Объём электролитического конденсатора определяется произведением ёмкости на рабочее напряжение.
Типы танталовых конденсаторов
- SMD-конденсаторы (конденсаторы для поверхностного монтажа), составляют более 90 % от всех танталовых конденсаторов.
- Танталовый «жемчуг» — корпус конденсатора состоит из эпоксидной смолы.
- Осевые этилированные танталовые конденсаторы, в основном применяются в медицинской, военной и космической технике[источник не указан 901 день].
Общие характеристики
- Ёмкость танталовых конденсаторов лежит в пределе от 1 нФ до 72 мФ.
- Номинальное напряжение танталовых конденсаторов варьируется от 2 до 500 В.
- Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) танталовых конденсаторов меньше алюминиевых электролитических конденсаторов, что позволяет пропускать через них большие токи с меньшим выделение тепла.
- Ёмкость танталовых конденсаторов практически не меняется с течением времени, в отличие от алюминиевых электролитических конденсаторов.[1]
Отказ танталовых конденсаторов
Отказ танталовых конденсаторов может привести к нагреву и воспламенению. Он может произойти из-за скачков напряжения. Танталовый анод соприкасается с катодом из диоксида марганца, что вызывает химическую реакцию. Для предотвращения отказа танталовых конденсаторов используют отказоустойчивые схемы.[1]
Номинальное напряжение
Номинальное напряжение ― максимальное напряжение постоянного тока или импульсное напряжение в пике, которое может подаваться непрерывно при любой температуре в пределах номинального диапазона температур (IEC/EN 60384-1).[3] Номинальное напряжение электролитических конденсаторов уменьшается с повышением температуры. Понижение напряжения при высокой температуре продлевает срок службы конденсатора. Более низкое напряжение положительно влияет на танталовый электролитический конденсатор, поэтому снижение напряжения снижает вероятность отказа и повышает надёжность конденсатора.
Частота отказов и срок службы
Частота отказов
Частота отказов (надёжность) — свойство, показывающее выполнение своей функции компонентом в определённом временном интервале.[3] Для танталовых конденсаторов в основном надёжность указывается при 85 °C и номинальном напряжении в качестве эталонных условий и выражается в процентах отказавших компонентов за тысячу часов (n % / 1000 ч).
Танталовые конденсаторы являются надёжными компонентами. Постоянное совершенствование танталовых и конденсаторных технологий привело к значительному снижению примесей, из-за которых возникало большинство сбоев кристаллизации.[3]
Срок службы
Срок службы танталовых конденсаторов зависит от используемого электролита:
- Жидкий электролит — не имеют спецификации срока службы.
- Электролит диоксида марганца — не имеют спецификации срока службы.
- Полимерный электролит — имеют спецификацию срока службы.[3]
Применение
Танталовые конденсаторы используются в качестве фильтров блоков питания компьютеров и мобильных телефонов из-за своей компактности и большой надёжности. Танталовые конденсаторы в версии военной спецификации (MIL-SPEC), обеспечивающие более широкий диапазон рабочих температур, применяются в военной технике. Они являются популярной заменой алюминиевым электролитическим конденсаторам, так как не высыхают и не теряют ёмкость с течением времени. Также танталовые конденсаторы применяются в медицинском оборудовании и аудиотехнике из-за высокой стабильности.[1]
Дополнительная информация
Принципиальное изображение конденсатора на схеме:
Примечания
- ↑ 1,0 1,1 1,2 1,3 Tantalum Capacitor | Types | Capacitor Guide (англ.). eepower.com. Дата обращения: 9 мая 2022. Архивировано 9 мая 2022 года.
- ↑ 2,0 2,1 Устройство танталового конденсатора.. go-radio.ru. Дата обращения: 9 мая 2022. Архивировано 9 июня 2022 года.
- ↑ 3,0 3,1 3,2 3,3 Ошибка цитирования Неверный тег
<ref>; для сносок:2не указан текст