Guia do Capacitor – Capacitor de tântalo

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Capacitor de tântalo

 

 

O que são capacitores de tântalo?

Os capacitores de tântalo são um subtipo de capacitores eletrolíticos. Eles são feitos de metal tântalo que age como um ânodo, coberto por uma camada de óxido que atua como dielétrico, cercado por um cátodo condutor. O uso de tântalo permite uma camada dielétrica muito fina. Isso resulta em um maior valor de capacitância por volume, características de frequência superiores em comparação com muitos outros tipos de capacitores e excelente estabilidade ao longo do tempo. Os capacitores de tântalo geralmente são polarizados, o que significa que eles só podem ser conectados a uma fonte de CC observando a polaridade correta do terminal. A desvantagem do uso de capacitores de tântalo é o modo de falha desfavorável, que pode levar a fugas térmicas, incêndios e pequenas explosões, mas isso pode ser evitado pelo uso de dispositivos externos à prova de falhas, como limitadores de corrente ou fusíveis térmicos. Os avanços tecnológicos permitem que capacitores de tântalo sejam usados ​​em uma ampla variedade de circuitos, freqüentemente encontrados em laptops, indústria automotiva, telefones celulares e outros, na maioria das vezes na forma de dispositivos montados em superfície (SMD). Esses capacitores de tântalo para montagem em superfície ocupam muito menos espaço na placa de circuito impresso e permitem maiores densidades de embalagem.

 

Definição de capacitor de tântalo

Capacitores de tântalo são capacitores eletrolíticos que usam metal de tântalo para o ânodo. São capacitores polarizados com características superiores de frequência e estabilidade.

 

 

Características

Características gerais

Os capacitores de tântalo são fabricados com valores de capacitância variando de 1nF a 72mF e são muito menores em tamanho que os capacitores eletrolíticos de alumínio da mesma capacitância. A classificação de tensão para capacitores de tântalo varia de 2V a mais de 500V. Eles têm uma resistência em série equivalente (VHS) dez vezes menor que a VHS dos capacitores eletrolíticos de alumínio, o que permite que correntes maiores passem pelo capacitor com menos calor gerado. Os capacitores de tântalo são muito estáveis ​​ao longo do tempo e sua capacitância não muda significativamente com a idade, principalmente quando comparados aos capacitores eletrolíticos de alumínio. Eles são muito confiáveis ​​quando manuseados adequadamente e sua vida útil é praticamente ilimitada.

Polaridade

Os capacitores eletrolíticos de tântalo são dispositivos excepcionalmente polarizados. Embora os capacitores eletrolíticos de alumínio, também polarizados, possam sobreviver a uma tensão reversa aplicada brevemente, os capacitores de tântalo são muito sensíveis à polarização reversa. Se uma tensão de polaridade reversa for aplicada, o óxido dielétrico se quebra, algumas vezes formando um curto-circuito. Este curto-circuito pode mais tarde causar fuga térmica e destruição do capacitor.

Deve-se notar que os capacitores de tântalo geralmente têm seu terminal positivo marcado, em contraste com os capacitores eletrolíticos de alumínio, que têm seu terminal negativo marcado no invólucro.

Modo de falha

Os capacitores de tântalo têm um modo de falha potencialmente perigoso. No caso de picos de tensão, o ânodo de tântalo pode entrar em contato com o cátodo de dióxido de manganês e, se a energia do pico for suficiente, poderá iniciar uma reação química. Essa reação química produz calor e é auto-sustentável e pode produzir fumaça e chamas. Para evitar que esse desvio térmico ocorra, circuitos externos à prova de falhas, como limitadores de corrente e fusíveis térmicos, devem ser usados ​​em conjunto com capacitores de tântalo.

 

 

Construção e propriedades dos capacitores de tântalo

Os capacitores eletrolíticos de tântalo, assim como outros capacitores eletrolíticos, são constituídos por um ânodo, algum eletrólito e um cátodo. O ânodo é isolado do cátodo, de modo que apenas uma corrente CC de vazamento muito pequena pode fluir através do capacitor. O ânodo é feito de metal tântalo puro. O metal é moído em pó fino e sinterizado em pellets a altas temperaturas. Isso forma um ânodo muito poroso com uma área de superfície alta. Uma área de superfície alta se traduz diretamente em um valor maior de capacitância.

O ânodo é então coberto com uma camada de óxido isolante, que atua como um dielétrico. Esse processo é chamado de anodização. Esta etapa deve ser controlada com precisão para reduzir tolerâncias e garantir valores de capacitância corretos, pois a extensão do crescimento de óxido determina a espessura dielétrica.

O eletrólito é adicionado ao ânodo por meio de pirólise no caso de capacitores sólidos de tântalo. Os capacitores sólidos de tântalo são mergulhados em uma solução especial e cozidos em um forno para produzir uma camada de dióxido de manganês. O processo é repetido até que um revestimento espesso esteja presente em todas as superfícies internas e externas do pellet. Finalmente, o sedimento usado nos capacitores sólidos de tântalo é mergulhado em grafite e prata para fornecer uma boa conexão do cátodo. Ao contrário dos capacitores de tântalo sólidos, os capacitores de tântalo úmido usam um eletrólito líquido. Depois que o ânodo é sinterizado e a camada dielétrica é crescida, ele é mergulhado em um eletrólito líquido dentro de um compartimento. O gabinete e o eletrólito juntos servem como cátodo nos capacitores de tântalo úmido.

 

 

Aplicações para capacitores de tântalo

As aplicações que utilizam capacitores de tântalo aproveitam sua baixa corrente de fuga, alta capacidade e estabilidade e confiabilidade a longo prazo. Por exemplo, eles são usados ​​em circuitos de amostra e retenção que dependem de baixa corrente de vazamento para obter uma duração de retenção longa. Eles também são comumente usados ​​para filtragem de fonte de alimentação em placas-mãe de computadores e telefones celulares, devido ao seu tamanho pequeno e estabilidade a longo prazo, geralmente na forma de montagem em superfície. Os capacitores de tântalo também estão disponíveis nas versões de especificações militares (MIL-SPEC), que oferecem tolerâncias mais rigorosas e uma faixa de temperatura operacional mais ampla. Eles são um substituto popular para eletrolíticos de alumínio em aplicações militares porque não tendem a secar e alterar a capacitância ao longo do tempo. A eletrônica médica também conta com o tântalo devido à sua alta estabilidade. Amplificadores de áudio às vezes usam capacitores de tântalo, onde a estabilidade é um fator crítico.

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