Los capacitores son uno de los componentes más comunes de una placa de circuito; los verá en casi todos los microchip y en cada circuito de potencia. Se utilizan comúnmente en los sistemas para la estabilidad mediante el desacoplamiento de señales de CA, la depuración de la alimentación de CC de un chip, la desviación para reducir el impacto de la inductancia de los conductores y el filtrado las frecuencias no deseadas.
A medida que los sistemas se han vuelto cada vez más pequeños, los capacitores han sido un factor limitante debido que se requería un cierto tamaño para obtener la capacitancia necesaria, pero eso cambió con la introducción y el uso de capacitores de tantalio. En este artículo veremos algunas de las características únicas de los capacitores de tantalio y cuáles son sus fortalezas y debilidades.
Lo que hace a los capacitores de tantalio únicos es el uso de tantalio en el ánodo del dispositivo. Este ánodo se configura como un fragmento de material dentro de la caja, que es muy diferente del estilo de estratificación usado en los capacitores MLCC, en los que el material se intercala en sí y luego se cubre en los extremos. Utilizar tantalio resulta en una capa dieléctrica muy delgada, que genera en una mayor capacitancia por volumen y permite que los capacitores más pequeños puedan seguir satisfaciendo las necesidades de los sistemas modernos. Además de la agradable ganancia de capacitancia por volumen, los capacitores de tantalio también tienen una ESR o Resistencia en Serie Equivalente muy baja que reduce las pérdidas en el sistema. Un inconveniente de la ESR baja es que puede ser demasiado baja para lograr la estabilidad de los reguladores de suministro de alimentación, lo que debe tenerse en cuenta.
El capacitor de tantalio también tiene excelentes características de estabilidad. A través de un amplio rango de temperaturas y frecuencias, el capacitor de tantalio mantendrá la mejor capacitancia esperada. Con esta estabilidad usted obtiene más del comportamiento esperado de su sistema, lo que es especialmente importante para los filtros; si la capacitancia varía demasiado puede perder las frecuencias que desea. Más allá de las diferencias eléctricas, la construcción del capacitor de tantalio también es altamente resistente a los problemas de vibración, lo que mejora la confiabilidad general del sistema.
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Las características anteriores muestran cómo los capacitores de tantalio pueden ser más idóneos para ayudar en la electrónica moderna, pero no carecen de anomalías y hay un par importante que se debe tener en cuenta cuando desea integrarlos a su diseño. Generalmente, los capacitores de tantalio son dispositivos polarizados, lo que significa que durante el diseño y montaje debe prestar más atención a su orientación. Esto los hace un poco más trabajosos que los capacitores normales de cerámica, que es simplemente una característica de los capacitores a base de electrolitos. Al integrar capacitores de tantalio a un sistema, también debe prestar atención a sus modos de fallo.
Debido a su química, también debe reducir sus capacidades de tensión; incluso pequeñas sobretensiones producirán un fallo conocido como cristalización del campo. Cuando los capacitores de tantalio fallan lo hacen de manera espectacular en un estallido ardiente y un cortocircuito conjunto, eliminando completamente sus beneficios del circuito y presentando un posible cortocircuito a tierra. Hay muchas ideas sobre cómo enfocar la reducción de potencia, pero uno de nuestros proveedores, AVX, publicó un excelente documento sobre las razones para las diferentes cifras de disminución llamado "Normas de Disminución de Tensión para Capacitores de Tantalio y Niobio Sólido". La regla general para las tensiones es desacelerar un capacitor de tantalio con un electrolito MnO2 al 50 % y un electrolito de polímero al 20 %.
¿Cuándo debe utilizar un capacitor de tantalio? Cuando necesita la máxima capacitancia en un espacio pequeño, como una desconexión al lado de un microchip, una excelente estabilidad a través de diversas temperaturas o tensiones y cuando conoce sus características únicas para colocarlos apropiadamente y no arriesgar su sistema con una falla peligrosa.