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Definition und Übersicht
Ein Tantalkondensator ist eine Art Elektrolytkondensator, bei dem es sich um ein passives elektrisches Gerät handelt. Als Anode wird eine Kapsel aus schwammigem Tantalmetall verwendet. Eine isolierende Oxidschicht bedeckt die Anode. Die Oxidschicht erzeugt ferner das Dielektrikum. Es ist von einem festen oder nicht festen Elektrolyten umgeben, der als Kathode dient.
Tantalkondensatoren sind Eigenschaften einer hohen Kapazität pro Volumen oder eines hohen volumetrischen Wirkungsgrads aufgrund ihrer sehr vernünftigen und dielektrischen Schicht mit hoher Permittivität. Der erhöhte Kapazitätswert unterscheidet den Tantalkondensator von anderen Arten von Elektrolytkondensatoren. Es ist auch ein teurerer Kondensator als jede andere elektrolytische Art.
Dieser Kondensatortyp ist von Natur aus polarisiert. Um einen nicht polarisierten oder bipolaren Tantalkondensator zu bilden, sind zwei polarisierte Kondensatoren in Reihe geschaltet. Ihre Anoden sind in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet.
Grundprinzip
Elektrolytkondensatoren speichern elektrische Energie als typischen Kondensator. Es hält elektrische Energie durch Trennladung in einem elektrischen Feld in der dielektrischen Oxidschicht zwischen zwei Leitern.
Der Festelektrolyt ist die Kathode und bildet eine weitere Elektrode des Kondensators. Ein Elektrolytkondensator unterscheidet sich von Superkondensatoren oder elektrochemischen Kondensatoren, bei denen der Elektrolyt im Allgemeinen die ionisch leitende Verbindung ist.
An der Anodenseite des Tantalelektrolytkondensators wird eine positive Spannung angelegt. Die angelegte Spannung bewirkt die Erzeugung einer dünnen Oxidschicht. Diese Oxidschicht fungiert als dielektrisches Material der Kondensatoren.
Die Eigenschaften der oxidierten Schicht können anhand der folgenden Tabelle dargestellt werden.
| Anodenmaterial | Dielektrisches Material | Relative Permittivität | Struktur des Oxids | Durchbruchspannung (V / μm) |
| Tantalmetall | Tantalpentoxid [Ta2O5] | 27 | Amorphe | 625 |
| Niob | Niobpentoxid [Nb2O5] | 41 | Amorphe | 400 |
Der Elektrolyt wirkt als Kathode für einen Tantal-Elektrolytkondensator. Es werden verschiedene Arten von Elektrolyten verwendet. Im Allgemeinen werden zwei Arten von Elektrolyten verwendet - Soli und nicht fest.
Jedes flüssige Medium mit einem Ionenleitfähigkeitsmedium kann als nicht fester Elektrolyt behandelt werden. Konkrete Elektrolyttypen haben eine Elektronenleitfähigkeit, und deshalb sind Festelektrolyte empfindlicher gegenüber Spannungsfunken. Die Oxidschicht kann beschädigt werden, wenn alle Polaritäten der Eingangsspannung umgekehrt werden.
Das Arbeitsprinzip eines elektrolytischen Tantalkondensators basiert auf einem "Plattenkondensator".
Die Kapazität kann wie folgt definiert werden:
C = & epsi; * (A / d)
C gibt den Wert der Kapazität an; A gibt die Fläche der Elektrode an, d gibt den Abstand zwischen den Platten an und ε gibt den Wert der Permittivität an.
Die Kapazität kann erhöht werden, wenn die Elektrodenfläche vergrößert wird und die dielektrische Permittivität erhöht wird.
Wenn wir im Detail schauen, hat ein Tantal-Elektrolytkondensator eine dünne dielektrische Schicht und sein Aufbau liegt im Bereich von nm / Volt. Auch die Spannungsstärken der gebildeten Oxidschicht sind hoch genug. Dieses dünne Dielektrikum wird nun mit einem Hochspannungsoxid-Dielektrikum kombiniert und erzeugt eine hohe Volumenkapazität. Deshalb hat ein elektrolytischer Tantalkondensator eine höhere Kapazität als ein gewöhnlicher Kondensator. Es gibt auch einige Einflüsse hinter der Kapazitätserhöhung. Das ist die raue Oberfläche aufgrund von geätzten und gesinterten Anoden.
Die gewünschte Nennspannung eines Elektrolytkondensators kann leicht erzeugt werden, da die Oxidschicht von der an die Anode angelegten Spannung abhängt. Tantal-Elektrolytkondensatoren haben ein hohes "CV-Produkt", das als Produkt der Kapazität des Kondensators und der Spannung geteilt durch das Volumen erklärt wird.
Erfahren Sie mehr über verschiedene Arten von Kondensatoren!
Hoch- und Tiefbau
Ein Standard-Tantal-Elektrolytkondensator ist ein Makelkondensator, der aus Tantalpulver besteht und zu einer Kapsel gesintert wird, die als Anode des Kondensators fungiert. Die Oxidschicht, die als Dielektrikum wirkt, besteht aus Tantalpentoxid. Die Kathode des Kondensators ist ein stabiles Mangandioxid-Elektrolyt.
Anode
Wie zuvor erwähnt, verwendet ein Tantalkondensator Tantalpulver als Anode. Das Pulver wird aus reinem Tantalmetall hergestellt. Die Kondensatorzeit Volt ist der Parameter zur Messung der Gütezahl des Pulvers.
Das Metallpulver wird durch Tantaldrähte (Steigdraht) begrenzt, um die Kapsel oder das "Pellet" zu bilden. Der Begrenzungsdraht fungiert als Anodenverbindung des Tantalkondensators.
Größere Oberflächen ergeben einen höheren Kapazitätswert. Aus diesem Grund werden Pulver mit hohem CV / g und kleineren durchschnittlichen Partikelgrößen für Niederspannungsteile mit hoher Kapazität verwendet. Eine bestimmte Spannung kann erreicht werden, wenn wir die richtige Pulverart und eine nahezu perfekte Temperatur zum Sintern wählen können. Eine geeignete Sintertemperatur kann bei - 1200-1800 Grad Celsius liegen.
Dielektrikum
Ein elektrochemischer Prozess namens Anodisierung bildet das Dielektrikum über den Tantalpartikeln. Der Hauptschritt, um dies zu erzeugen, besteht darin, dass das "Pellet" in eine sehr zerbrechliche Lösung einer Säure und der zugeführten Gleichspannung getaucht wird.
Wie bei jedem anderen Elektrolytkondensator hängt die Dicke der dielektrischen Schicht von der insgesamt angelegten Spannung ab. Zu Beginn des Prozesses wird die Stromversorgung im Dauerstrommodus gehalten, bis die dielektrische Dicke erreicht ist. Danach wird die Spannung gehalten und der Strom kann abfallen, um einen Nullwert zu erhalten. Dieser Prozess bietet eine unveränderliche Konsistenz im gesamten Gerät.
Die chemischen Gleichungen sind unten dargestellt.
2 Ta → 2 Ta 5+ + 10 €-
2 Ta 5+ + 10OH- → Ta2O5 5 + H2O
Während des Prozesses fand auch die Bildung von Oxiden auf der Oberfläche des Materials statt. Das Oxid wächst schließlich in das Material hinein. Es gibt eine bestimmte Art und Weise, wie das Oxid wächst. Bei jeder Einheitsdicke des Oxidwachstums geht der Zwei-Drittel-Anteil nach innen, während ein Drittel nach außen geht. Die Grenze der maximalen Nennspannung ist auch auf die Grenze des Oxidwachstums zurückzuführen.
Es gibt einen Sicherheitsabstand in der Oxidschichtdicke.
Kathode
Das Verfahren zur Bildung der Kathode ist die Pyrolyse von Mangannitrat zu Mangandioxid. Nach dem Eintauchen des Pellets wird dieses gebrannt, um die Dioxidabdeckung bei etwa 250 Grad Celsius zu erzeugen. Die chemischen Gleichungen sind unten dargestellt.
Mn (NEIN3 )2 → MnO2 + 2 NR2
Um eine dicke Schicht der Beschichtung sowohl über internen als auch externen Servicebereichen aufzubauen, wird der Vorgang wiederholt durch schwankende spezifische Gewichte von Nitratlösungen wiederholt.
Arten der Tantalkondensatoren
Es gibt verschiedene Arten von Tantalkondensatoren.
Tantal-Chip-Kondensatoren: 80% der Tantal-Kondensatoren sind von diesem Typ. Sie sind für die Aufputzmontage kategorisiert.
Tantal 'Pearls'-Kondensatoren: Sie wurden speziell für die Leiterplattenmontage entwickelt. Sie sind in Harz getaucht.
Axial bleihaltige Tantalkondensatoren: Wird hauptsächlich in militärischen, medizinischen und Weltraumanwendungen verwendet. Es hat sowohl materiellen als auch nicht festen Elektrolyten.
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Elektrische Eigenschaften
Serienäquivalentschaltung
Kondensatoren werden als ideales Serienäquivalentschaltkreis mit elektrischen Bestandteilen bezeichnet. Tantalkondensatoren können jedoch nicht als idealistische Kondensatoren bezeichnet werden.
Die folgende Schaltung gibt das Modell an.
C ist die Kapazität des Kondensators; R.ESR ist der äquivalente Serienwiderstand, der alle ohmschen Verluste berücksichtigt. L.ESL ist die Selbstinduktivität des Kondensators. Düster ist der Leckwiderstand.
Kapazität, Standardwerte und Toleranzen
Der Aufbau der Elektrode bestimmt die elektrischen Eigenschaften eines elektrolytischen Tantalkondensators. Die Kapazität hängt auch von den Frequenz- und Temperaturparametern ab. Die Einheit der Kapazität eines elektrolytischen Tantalkondensators hängt von der Mikrofarad (mu f) ab.
- Bestimmte Anwendungen bestimmen die erforderliche Kapazitätstoleranz.
- Dies erfordert keine engen Toleranzen.
Bereitschafts- und Kategoriespannung
Die zulässige Betriebsspannung für einen Tantal-Elektrolytkondensator wird als Nennspannung oder Nennspannung bezeichnet.
Das Anlegen einer höheren Spannung als der Nennspannung kann zur Zerstörung des Tantal-Elektrolytkondensators führen. Das Anlegen einer niedrigeren Spannung hat auch den Kondensator beeinflusst. Eine niedrigere Spannung kann die Lebensdauer verlängern. Manchmal erhöht es die Zuverlässigkeit dafür.
Stoßspannung
Die standardisierte Stoßspannung nach IEC / EN 60384 ist die maximale Spitzenspannung, die den Kondensatoren als Eingang zugeführt wird. Sie wird für die Dauer der Kondensatoranwendungen in keiner der Zyklen gemessen.
Übergangsspannung
Wenn eine transiente Spannung oder eine Stromspitze an Tantal-Elektrolytkondensatoren angelegt wird, die stabiles Mangandioxid als Elektrolytmaterial haben, führt dies zum Ausfall des Kondensators.
Sperrspannung
Ein typischer Tantal-Elektrolytkondensator ist polarisiert und im Allgemeinen muss die Anode relativ zur Kathode positiv sein.
Tantalkondensatoren können für kurze Zeit der Sperrspannung standhalten. Manchmal kann die Sperrspannung für Anwendungen in permanenten Wechselstromkreisen verwendet werden.
Impedanz
Ein Standardkondensator wird als Speicherkomponente in elektrischer Energie betrachtet. Manchmal werden Kondensatoren in Widerstandskreisen als Widerstandselemente eingesetzt. Ein Elektrolytkondensator wird in einem Kurs als Entkopplungskondensator verwendet. Es blockiert die Gleichstromkomponente des Signals mit Hilfe des dielektrischen Materials.
Kriechstrom
Der Leckstrom von Tantalkondensatoren unterscheidet diese Art von Kondensatoren oder kann die Identität dieser Kondensatoren sein. Der Wert des Leckstroms wird durch die an der Anode angelegte Spannung und Temperatur beeinflusst.
Symbol des Kondensators
Elektrolytkondensatoren haben einen bestimmten Symboltyp zur Darstellung von Schaltkreisen. Es ist dem normalen Kondensatorsymbol fast ähnlich, aber ein Pluszeichen macht einen Unterschied.
Hallo, ich bin Sudipta Roy. Ich habe einen B. Tech in Elektronik gemacht. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Ich habe großes Interesse an der Erforschung moderner Technologien wie KI und maschinellem Lernen. Mein Ziel ist es, allen Lernenden genaue und aktuelle Daten zur Verfügung zu stellen. Es macht mir große Freude, jemandem beim Wissenserwerb zu helfen.
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