Танталовый конденсатор

Танта́ловый конденса́тор — 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.

Танталовый конденсатор

Танталовые конденсаторы — полярны. Обратное напряжение запускает в них процесс разрушения. Неполярные (биполярные) конденсаторы изготовлены путем последовательного соединения двух полярных конденсаторов^[1].

Устройство

Принцип формирования оксидного слоя на обкладке конденсатора при изготовлении

Две обкладки с площадью А, разделённые диэлектриком с толщиной d

Принцип формирования диэлектрического слоя в электролитических конденсаторах основан на способности некоторых металлов образовывать тонкий оксидный диэлектрический слой на поверхности, причём толщина этого слоя 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 порядка десятков нанометров, при этом диэлектрическая прочность оксидного слоя высокая. Таким образом танталовые конденсаторы имеют большую объёмную ёмкость по сравнению с другими видами конденсаторов. Предварительно протравленная шероховатая поверхность анода увеличивает площадь обкладки, вследствие чего ёмкость конденсатора увеличивается до 200 раз.

Объём электролитического конденсатора определяется произведением ёмкости на рабочее напряжение.

Танталовый SMD-конденсатор

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 1154 дня]}.

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)^{[источник не указан 796 дней]}. 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

Интенсивность отказов

Интенсивность отказов - характеристика надёжности — свойства, показывающее выполнение своей функции компонентом за определённый промежуток времени. Для танталовых конденсаторов в основном надёжность, в основном, указывается при 85 °C и номинальном рабочем напряжении в качестве эталонных условий.

Танталовые конденсаторы являются надёжными компонентами. Совершенствование технологии обеспечило снижение концентрации примесей в материалах, из-за которых возникало большинство дефектов кристаллизации оксидного слоя^{[источник не указан 796 дней]}.

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^{[источник не указан 796 дней]}.

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

Условные обозначения конденсаторов.
a — биполярный
b — полярный (плюс не закрашен)