O Que é um Capacitor de Tântalo – Diferenças e suas Aplicações

27 de julho de 2023 0 Comentários Leitura: 10 min

Os capacitores de tântalo de alto desempenho fornecem aos projetistas uma solução confiável e estável com alta capacitância. Com quase 60 anos de utilização, esses capacitores têm sido amplamente empregados no desenvolvimento de diversas aplicações em indústrias como aviônicos militares e comerciais, automação industrial e sistemas de controle, eletrônicos médicos críticos e dispositivos implantáveis, além de serem presentes em smartphones, laptops, desktops e notebooks.

Os capacitores sólidos de tântalo foram inventados pela Bell Laboratories durante o início dos anos 1950 como uma opção avançada e confiável para suporte de baixa tensão. Neste artigo, forneceremos uma visão geral detalhada sobre os capacitores de tântalo, destacando suas aplicações e benefícios na indústria.

Sumário

O que é capacitor de tântalo?

Um capacitor de tântalo é um tipo de capacitor eletrolítico que possui um metal de tântalo como ânodo, envolto por uma camada de óxido anódico que atua como dielétrico. Esse dielétrico é então cercado por um eletrólito líquido ou sólido que atua como cátodo. O dióxido de manganês (MnO2) é frequentemente utilizado como cátodo, pois oferece recursos de autocorreção que garantem a confiabilidade a longo prazo do capacitor. O capacitor de tântalo é amplamente utilizado devido às suas características de desempenho e estabilidade em diversas aplicações eletrônicas.

tântalo-capacitor — capacitor de tântalo

Os capacitores de tântalo são extremamente estáveis, menores e mais leves e possuem menor tensão máxima de trabalho e capacitância. Esses capacitores vazam menos corrente e têm menos indutância , portanto, não são adequados para circuitos de acoplamento de alta frequência.

Polaridade e Marcações

A polaridade e as marcações do capacitor de tântalo são discutidas abaixo.

Os capacitores de tântalo são capacitores naturalmente polarizados com condutores positivos e negativos e são apropriados para fontes CC. A polaridade e as marcações nos capacitores facilitam a identificação do ânodo e do cátodo.
Duas bandas e um sinal positivo ajudam a identificar o valor da capacitância e a tensão máxima de trabalho.
No entanto, o valor superior à esquerda revela o valor da capacitância em microfarads (uF). Por exemplo, o valor na figura abaixo é 2,2 uF.
A tensão abaixo do valor da capacitância é a tensão máxima de trabalho de um capacitor, ou seja, 25V.
Um sinal positivo (+) é notado abaixo da banda longa. A combinação de uma banda longa e um sinal “+” indica que este lado tem um terminal/ânodo positivo, enquanto o outro lado indica um terminal/cátodo negativo.
A tensão reversa ou conexão errada pode danificar o capacitor.
tântalo eletrolítico
Falha do capacitor de tântalo

Em Reverse Bias Behavior of Surface Mount Solid, Tantalum Capacitors explica que os capacitores de tântalo são projetados para operar apenas em condições de polarização de tensão direta e falham se uma tensão reversa for aplicada, o que inclui ativação rápida de um circuito de baixa impedância ou ocorrência de um pico de corrente durante sua operação.

Modo de Falha do Capacitor

O artigo publicado pela ASM International afirma claramente que o modo de falha do capacitor de tântalo é dividido em três categorias principais

Alta Vazamento/Curto

A aplicação de tensão reversa pode produzir altas correntes de fuga, que geralmente ocorrem durante a solução de problemas, mau funcionamento e/ou testes de bancada. Os capacitores de tântalo com cristalização causam falha de curto-circuito porque os pontos quentes formados durante a cristalização aquecem o cátodo.

Alta Resistência em Série Equivalente (ESR)

O ESR de um capacitor é fortemente afetado pela mecânica/termomecânica se exposto à montagem da placa, pick-and-place, refluxo e vida útil da aplicação. Esse tipo de estresse é frequentemente comprometido em conexões externas e/ou internas, levando a ESR elevado.

Baixa capacitância/aberto

Como a capacitância de um capacitor de tântalo não muda em condições normais de operação, a falha é incomum. A capacitância mais baixa de um capacitor de tântalo em qualquer aplicação pode ser uma indicação de um capacitor em curto, enquanto a falha aberta pode ser resultado de um fio positivo danificado comprometido e conexão de fio.

Causas comuns do capacitor de tântalo — causas-comuns-do-capacitor-de-tântalo

Tamanhos e usos SMD

O capacitor de tântalo oferece recursos importantes, como extrema estabilidade, confiabilidade e baixo vazamento de corrente. Esses recursos permitem que os capacitores sejam aplicados em –

Dimensionamento do Capacitor de Tântalo — dimensionamento de capacitor de tântalo

Circuito de amostragem e retenção para obter longa duração de retenção
Desacoplamento do trilho da fonte de alimentação, oferecendo maior eficiência com menor ESR
Sistemas de embalagem extremamente eficientes
Aplicações relacionadas às indústrias militar e aeroespacial
Dispositivos médicos de suporte à vida
Equipamento espacial para maior confiabilidade

Placas-mãe para filtragem de fonte de alimentação , e muitos mais geralmente, o maior número de capacitores de tântalo são produzidos em massa como um capacitor de chip de tântalo na forma de SMD (dispositivo de montagem em superfície). Ele é projetado com superfícies de contato em ambos os lados de uma caixa. Seguindo os padrões EIA-5335-BAAC, os capacitores de chip Tântalo são projetados e produzidos em diferentes estilos.

Código EIAmétrica	L ± 0,2(milímetros)	W ± 0,2(milímetros)	H max(milímetros)	Código EIApolegadas	Código do casoAVX	Código do casoKemet	Código do casoVishay
EIA 1608-08	1.6	0,8	0,8	0603	—	—	—
EIA 1608-10	1.6	0,85	1.05	0603	eu	—	M, M0
EIA 2012-12	2.05	1.35	1.2	0805	R	R	C
EIA 2012-15	2.05	1.35	1,5	0805	P	—	R
EIA 3216-10	3.2	1.6	1,0	1206	k	EU	Q, A0
EIA 3216-12	3.2	1.6	1.2	1206	S	S	—

Diferenças entre tântalo e capacitor de cerâmica

O capacitor de tântalo e de cerâmica são discutidos abaixo.

No campo da eletrônica, os capacitores de tântalo e de cerâmica são amplamente aceitos para projetar várias aplicações adequadas. Vejamos a seguir as diferenças entre ambos.

capacitor de tântalo	Capacitor cerâmico
A instabilidade de capacitância não é exibida em relação à tensão aplicada	A capacitância muda em relação à tensão aplicada
Exibe mudança de capacitância linear relacionada à temperatura	Exibe a mudança de capacitância mais não linear relacionada à temperatura
Os capacitores de tântalo não passam por um processo de envelhecimento semelhante	Eventualmente, exibe uma diminuição logarítmica na capacitância conhecida como envelhecimento
Eles são classificados por vazamento de corrente contínua (ou DCL).	Eles normalmente especificam a resistência de isolamento.

Vantagens e desvantagens

A lista das vantagens e desvantagens de um capacitor de tântalo sólido inclui o seguinte

As vantagens são: Longa vida útil, resistência a altas temperaturas , excelente desempenho, alta precisão, eficiência na filtragem de harmônicos de alta frequência.

As desvantagens são: Ter uma camada de óxido muito fina que não é robusta, não pode suportar tensões acima dos limites, baixa taxa de corrente de ondulação.

Aplicações do capacitor de tântalo

Os capacitores de tântalo oferecem vários benefícios e, portanto, são utilizados em várias aplicações, particularmente em eletrônicos modernos para maior estabilidade para suportar uma variedade de temperaturas e frequências, confiabilidade a longo prazo e eficiência volumétrica recorde.

Um capacitor de tântalo é um componente exigente para implantes de cardio para detectar automaticamente os batimentos cardíacos irregulares e dar um contra-choque elétrico em poucos segundos. Este capacitor encontra sua posição nas indústrias verticais mais exigentes, como médica, telecomunicações, aeroespacial, militar, automotiva e computadores.

Perguntas frequentes

1). Cite algumas aplicações de capacitores de tântalo úmidos?

É usado em indústrias como telecomunicações, aviônica, espacial, médica, telecomunicações, aplicações de consumo.

2). Qual é a tensão de surto em termos do capacitor de tântalo?

Uma sobretensão é a tensão mais alta que pode ser aplicada a um capacitor por um período mais curto em circuitos com resistência em série mínima.

3). O que é tensão reversa? O que acontece com o capacitor de tântalo quando uma tensão reversa é aplicada?

A tensão reversa é onde a tensão do eletrodo do ânodo é negativa em relação à tensão do cátodo. Com uma tensão reversa, uma corrente de fuga reversa flui em pequenas microfissuras ou defeitos através da camada dielétrica para o ânodo do capacitor.

4). Quais são os vários dielétricos usados para fabricar o capacitor de tântalo?

Eletrólito de dióxido de manganês
Pentóxido de tântalo, Ta2O5
Pentóxido de Nióbio, Nb2O5

5). Explique a marcação de polaridade de um capacitor de tântalo

A polaridade e as marcações nos capacitores facilitam a identificação do ânodo e do cátodo.

Duas bandas e um sinal positivo ajudam a identificar o valor da capacitância e a tensão máxima de trabalho.
No entanto, o valor superior à esquerda revela o valor da capacitância em microfarads (uF). Por exemplo, o valor na figura abaixo é 2,2 uF.
A tensão abaixo do valor da capacitância é a tensão máxima de trabalho de um capacitor, ou seja, 25V.
Um sinal positivo (+) é notado abaixo da banda longa. A combinação de uma banda longa e um sinal “+” indica que este local tem um chumbo/ânodo positivo, enquanto o outro lado indica um chumbo/cátodo negativo.
Uma tensão reversa ou conexão errada pode danificar o capacitor.

6). Definir impedância

A impedância é a resistência total em ohms de qualquer rede em uma frequência específica, incluindo partes angulares do real e do imaginário.

7). Dê uma diferença entre o capacitor de tântalo e o de cerâmica.

No capacitor de tântalo, a instabilidade de capacitância não é exibida em relação à tensão aplicada, enquanto o capacitor de cerâmica exibe mudanças de capacitância em relação à tensão aplicada.

No entanto, os capacitores de tântalo são considerados componentes confiáveis pelos designers. Seus recursos aprimorados, como menor peso, baixo vazamento de corrente e alta capacitância por volume, permitem que a capacitância seja usada em uma ampla variedade de aplicações. O capacitor de tântalo deve ser conectado adequadamente para evitar qualquer dano.

Alta fuga/curto, ESR e baixa capacitância/abertura são as três principais razões para falha do capacitor. Fabricantes e projetistas devem garantir proteção e confiabilidade de longo prazo. Oferecer características excepcionais faz com que os capacitores de tântalo sejam utilizados em quase todos os setores para desenvolver uma aplicação adequada.

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