Tantal Kondansatörler

Instagram: @lentark

Tantal kondansatörler küçük boyutlu bileşen kılıflarında yüksek kapasite değeri sunarlar. Düşük anlık akım seviyelerine ve elektrolitik kondansatörlere göre zayıf elektriksel dayanıklılıklarına rağmen küçük boyutları ve diğer kondansatör parametrelerindeki (Düşük iç kayıplar, sıcaklık kararlılıkları gibi) yüksek performansları nedeniyle yaygın olarak kullanılırlar.

Daha çok bilinen alüminyum elektrolitik kondansatörlerin aksine, tantal elektrolitik kondansatörler çok daha küçüktür, belirli hacim ve ağırlık için çok daha yüksek kapasite değerine sahiptirler. Ayrıca, alüminyum elektrolitiklere göre daha düşük ESR'ye (eşdeğer seri direnç), daha yüksek çalışma sıcaklığı seviyesine ve daha düşük sızıntı akımına sahiptirler.

Şekil 1: (A) Bir dizi THT tantal kondansatörün gösterilmesi. (B) Bir dizi SMT tantal kondansatörün gösterilmesi.

Tantal kondansatörler, elektrolitik kondansatörlerin özel bir formudur ve alüminyum elektrolitik kondansatörler gibi kutupludurlar. Dielektrik görevi gören bir oksit tabakasının anot görevi gören bir tantal malzemesine kaplanması ve bu oluşan yapının tekrar katot görevi gören gümüş gibi bir iletken ve son olarak koruyucu bir kaplama ile kaplanması sonucu oluşturulurlar. Kondansatörlerde tantal kullanılması ve çok ince bir dielektrik oksit tabakasının yüksek kapasite, kararlılık, düşük ESR gibi birçok fayda sağlarken strese karşı dayanıksızlık gibi olumsuz özelliklere de neden olmaktadır. Strese, bir başka deyişle yanlış kutuplamaya ve anma sınırlarının dışında çalışmaya karşı oldukça dayanıksızlardır. Çoğu zaman stres altında kısa süreli çalışmaya zorlanması bile tantal kondansatörlerin infilak etmesine ve çevresindeki diğer bileşenlere, iletim hatlarına hasar vermesine sebep olabilir. Ancak küçük boyutları ve çalışma sınırları içerisindeki yüksek performansları, tantal kondansatörleri birçok uygulama için oldukça cazip bir seçenek olarak karşımıza çıkarır ve sıklıkla da kullanılır.

Tantal kondansatörlerin maksimum çalışma gerilimleri oldukça düşüktür. 330V anma gerilimine kadar üretilmelerine karşın tipik olarak 2V – 63V aralığında kolaylıkla bulunabilirler. Bu voltaj seviyelerinde yüksek kapasite değerine ihtiyaç duyulan ancak buna karşın düşük anlık akım beklentisi olan bağlantı noktalarında kullanılırlar. Kapasite değerleri üretilebilirlik bakımında 0.1 pF – 100 mF aralığında olsa da diğer kapasite parametreleri göz önünde tutulduğunda geniş bir yelpazede seçim yapılabilecek, tipik kapasite değerleri 1 µF – 330 µF aralığındadır.

Şekil 2: (A) THT tantal kondansatörlerin pozitif [+] kutup işaretlemelerinin gösterilmesi. (B) SMT tantal kondansatörlerin pozitif [+] kutup işaretlemelerinin gösterilmesi.

Pin montajlı tantal kondansatörler, çevresel faktörlerin sebep olabileceği fiziksel hasarı ve olası elektrostatik boşalmaları en aza indirebilmek için tipik olarak epoksi kılıf içinde kapsüllenmiştirler. Kondansatör işaretleri ise doğrudan kapsül üzerine yazılır.

Yüzey montajlı tantal kondansatörler, modern elektronik cihazlarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Çalışma koşullarına uygun olarak seçildiklerinde güvenilir hizmet, modern cihazlar için ihtiyaç duyulan küçük fiziksel boyutlar ve beraberinde yüksek kapasite değerleri sunarlar. SMD Alüminyum elektrolitik kondansatörler ile karşılaştırıldıklarında SMD tantal kondansatörler fiyat, boyut ve çalışma koşulları içerisindeki performansları bakımından öne çıkarlar.

SMD tantal kondansatörlerin üzerindeki işaretler normalde üç rakamdan oluşur. İlk ikisi sabit sayıları oluşturur ve üçüncüsü üstel çarpandır. Değerler pF cinsindendir. Bu nedenle, aşağıda gösterilen SMD tantal kondansatör 47 x 105pF değerine sahiptir ve 4.7µF olarak hesaplanır.

Şekil 3: SMD tantal kondansatörlerin işaretlemelerinin gösterilmesi.

SMD tantal kondansatörler çeşitli boyutlarda üretilirler. Tipik olarak EIA (Electronic Industries Alliance) tarafından tanımlanan standart boyutlara uygundurlar.

Tantal kondansatörler, çok ince bir dielektrik oksit tabakasına sahip olmalarının dezavantajı olarak elektriksel strese karşı dayanıksızdırlar ve kullanılırlarken dikkatli olunmalıdır. Çalışma sınırları içerisinde kaldıkları sürece güvenilirdirler. Ancak çalışma süresi boyunca çalışma koşullarını etkileyen birçok durumun söz konusu olabileceği unutulmamalıdır. Genellikle, kondansatör seçimi, güvenli ve uzun ömürlü bir çalışma için uygulamada ihtiyaç duyulan elektriksel değerlerin kondansatörün anma değerlerinin %60‘ını geçmeyecek şekilde yapılır.

Tantal kondansatörler olumsuz çalışma koşullarına tolerans göstermezler. Çalışma sırasında ters kutuplama veya çalışma sınırlarının aşılması gibi durumlarda hasar görürler. Hasar görmeleri durumunda ortama zararlı gazlar yayabilir veya infilak edebilirler. İnfilak etmeleri durumunda çevresindeki diğer bileşenlere, iletim hatlarına hasar verebileceğinden ve bazı durumlarda yangına neden olabileceğinden kullanımına özen gösterilmelidir.