Condensatorul cu tantal este un produs prezent în industria electronică de peste 30 de ani. Este frecvent utilizat în sistemele de alimentare, ca element de filtrare, care elimină pulsaţiile.
Avantajele acestuia, comparând parametrii săi cu alte condensatoare electrolitice sau ceramice, sunt cunoscute de multă vreme. Printre cele mai importante trebuie amintite:
• Stabilitatea parametrilor în timp,
• Un bun raport între capacitate şi mărime,
• Buni parametri electrici.
Datorită dezvoltării tehnologice continue, cerinţele privind parametrii elementelor discrete, în special ale condensatoarelor, cresc în permanenţă. Miniaturizarea şi digitalizarea în continuu progres a echipamentelor impune criterii tot mai stricte, în special electrice, în ceea ce priveşte parametrii acestor elemente. În prezent, condensatoarele trebuie adesea să funcţioneze la curenţi de şoc foarte mari.
Condensatoarele cu tantal sunt înţelese în mod uzual ca nişte condensatoare care au unul dintre electrozi sintetizat, de obicei, din pulbere de tantal. Pe acest electrod este realizat un strat de dielectric – material izolant din pentaoxid de tantal (Ta2O5). Al doilea electrod este reprezentat de dioxidul de mangan (MnO2) sub formă de umplere permanentă a suprafeţei poroase a dielectricului.
Elementul cheie, cu influenţă negativă asupra parametrilor acestui condensator, este materialul care reprezintă al doilea electrod. Din păcate, este necesară aplicarea unei substanţe care să umple suprafaţa poroasă a dielectricului. Până în prezent, cel mai bun compromis a fost utilizarea amintitului MnO2.
În condensatoarele din seria TCJ produse de AVX, acest electrod a fost înlocuit cu un material nou. În locul dioxidului de mangan, a fost utilizat drept catod un polimer organic, conductiv.
Astfel, a fost îmbunătăţită cu mult aşa-numita Equivalent Series Resistance – ESR (rezistenţa echivalentă serie) – unul dintre parametrii cheie ai condensatorului, care determină comportamentul acestuia în circuitele electrice.
Reţineţi că un condensator real reprezintă combinaţia corespunzătoare a trei elemente:
• condensatorul ideal,
• rezistorul ideal,
• bobina ideală.
Atât rezistenţa, cât şi inductanţa sunt componente parazite şi nedorite, care au un efect negativ asupra răspunsului de curent al condensatorului în circuitele electrice.
O rezistenţă serie nedorită este introdusă în condensatoarele cu tantal în special din cauza slabei conductivităţi a MnO2 din care este realizat un electrod al condensatorului (cel negativ – catodul).
În modelul condensatorului cu tantal (figura 2) se poate vedea modul de dispunere a rezistenţelor create de catod. Pe scurt, se formează o reţea RC, în care diferitele rezistoare reproduc rezistenţa care creşte în interiorul electrodului, iar condensatoarele în paralel reproduc capacităţile apărute pe suprafaţa poroasă a dielectricului. Drept urmare, la o frecvenţă în creştere, curentul trece, în principal, prin condensatoarele componente chiar pe lângă suprafaţa anodului (argint). Condensatoarele amplasate mai adânc, mai aproape de dielectric şi mai departe de anod, sunt alimentate de suma rezistoarelor în serie. Acestea au atunci un efect marginal asupra întregului răspuns al condensatorului ca element.
Utilizarea polimerului a scăzut cu mult valoarea rezistenţei serie care se crea în generaţia anterioară de condensatoare ca urmare a relativ slabei conductivităţi a MnO2. De asemenea, au fost reduse astfel modificările de capacitate în funcţie de schimbările de frecvenţă. În aceste condensatoare, capacitatea rămâne invariabilă mult mai mult timp şi nu scade la fel de repede ca la predecesoare o dată cu creşterea frecvenţei curentului.
Se consideră în mod uzual că condensatorul cu electrod MnO2 “pierde” circa 50% din capacitatea sa la o frecvenţă de 100 kHz. În cazul polimerului, la această frecvenţă, condensatorul îşi păstrează peste 90% din capacitate.
În plus, utilizarea electrodului cu polimer a eliminat riscul apariţiei aşa-numitelor ignition failures – reacţii termice puternice care duc la deteriorarea elementului, fapt care determină o rezistenţă şi o durată de viaţă mai mare a acestor condensatoare. În ambele tehnologii apare şi fenomenul aşa-numitei Self-Healing (auto-reparare) – eliminarea punctelor care determină o scurgere mare de curent din cauza impurităţilor din structura dielectricului.
Pe lângă toate aceste avantaje, mai trebuie amintit că aceste condensatoare sunt mai sensibile la temperaturi înalte – peste 105°C (rezistenţa polimerului conductiv creşte o dată cu creşterea temperaturii) şi au un curent de fugă mai mare decât predecesoarele lor.
De asemenea, condensatoarele anterioare cu electrod cu polimer nu aveau tensiuni nominale atât de mari cum putem găsi la cele produse în prezent de firma AVX în seria TCJ. Se recomandă însă reducerea tensiunii de lucru cu aproximativ 20% din tensiunea nominală pentru protejarea împotriva unui eventual salt în afara valorii de siguranţă.
Condensatoarele cu tantal cu electrod cu polimer sunt urmaşe demne ale tehnologiei anterioare cu electrod MnO2. S-a reuşit scăderea în mod considerabil în acestea a valorii ESR, a fost eliminat fenomenul de scădere a capacităţii care însoţea creşterea frecvenţei şi, totodată, nu mai apare problema deteriorării termice (ignition failures).
Domeniul de utilizare a acestor condensatoare îl reprezintă sursele de alimentare, televizoarele LCD, tabletele, smartphone-urile şi notebook-urile.
În oferta TME sunt disponibile condensatoare cu tantal SMD cu electrod cu polimer produse de AVX, cu intervalul de capacitate între 0,47 şi 220uF şi tensiuni de lucru cuprinse între 2,5V şi 75V. Vă invităm să contactaţi departamentul de vânzări, care vă va ajuta să alegeţi elementele potrivite.
Surse:
1. John D. Prymak, Replacing MnO2 with Conductive Polymer in Tantalum Capacitors
2. http://www.avx.com/techinfo_doclisting.asp
www.tme.ro