Como funcionam os capacitores de tântalo (ART604)

Este artigo trata de um dos tipos de capacitores que se torna cada vez mais comum em todos os equipamentos eletrônicos. Falamos dos capacitores eletrolíticos de tântalo, que por serem menores que os equivalentes de alumínio, são ideais para os equipamentos miniaturizados que hoje tomam conta do mercado. Recomendamos a leitura deste artigo por todos os técnicos que desejam se familiarizar com este tipo de componente.

Os capacitores de tântalo são cada vez mais utilizados em lugar dos capacitores eletrolíticos de alumínio, pois eles têm a vantagem de fornecerem uma capacitância muito maior por unidade de volume. Dessa forma, os capacitores de tântalo são muito menores do que os eletrolíticos de mesmo valor, o que é muito importante para as aplicações em que o espaço é importante.

Nas aplicações portáteis em que o espaço é muito importante, é vantagem utilizar capacitores de tântalo em lugar dos eletrolíticos tradicionais de alumínio.

Muito menores que os equivalentes, eles também são mais estáveis, o que é uma característica de grande importância em muitas aplicações. Na figura 1 comparamos os tamanhos de dois capacitores eletrolíticos, sendo um de tântalo e outro de alumínio de mesmo valor e mesma tensão de trabalho.

 

Comparação de tamanho. Os capacitores de tântalo são muito menores do que os equivalentes de alumínio.
Comparação de tamanho. Os capacitores de tântalo são muito menores do que os equivalentes de alumínio.

 

 

O Eletrolítico comum de alumínio

Os capacitores eletrolíticos de alumínio, aproveitam as propriedades dielétricas do óxido de alumínio, numa construção básica conforme mostra a figura 2.

 

Estrutura interna de um capacitor eletrolítico de alumínio.
Estrutura interna de um capacitor eletrolítico de alumínio.

 

Colocando uma solução condutora especial em contacto com uma armadura de alumínio, essa solução ataca quimicamente o alumínio formando uma finíssima camada de óxido isolante.

Assim, o eletrolítico e a peça de alumínio passam a formar a armadura do capacitor, enquanto que a finíssima capa de óxido forma o dielétrico.

Como a camada de óxido é extremamente fina, e capacitância obtida é muito grande, pois num capacitor quando menor a espessura do dielétrico, maior é a capacitância. Entra em jogo também a constante dielétrica do óxido de alumínio que também influi na capacitância final.

Na construção real do componente, para aumentar o tamanho da armadura ela pode ser formada por uma folha de alumínio enrolada, conforme mostra a figura 3.

 

Para ocupar menos espaço, os capacitores de alumínio são fabricados com folhas flexíveis enroladas.
Para ocupar menos espaço, os capacitores de alumínio são fabricados com folhas flexíveis enroladas.

 

Na prática obtemos capacitores eletrolíticos de alumínio de menos de 1 µF a mais de 200 000 µF com certa facilidade, conforme mostra a figura 4.

 

Capacitores eletrolíticos de alumínio comerciais.
Capacitores eletrolíticos de alumínio comerciais.

 

 

 

O Capacitor de Tântalo

O óxido de tântalo tem uma constante dielétrica muito maior do que a do óxido de alumínio. Isso significa que, com a mesma superfície efetiva e com a mesma espessura do dielétrico podemos obter uma capacitância muito maior.

Da mesma forma, dois capacitores de mesmo valor, um eletrolítico de alumínio e outro de tântalo, o de tântalo será muito menor, conforme já comparamos no início do artigo.

Até há algum tempo, os eletrolíticos de tântalo eram pouco usados tanto pelo seu custo mais elevado como pela própria dificuldade de fabricação.

Hoje, com tecnologias mais modernas e com a necessidade de termos componentes cada vez menores, pois o espaço se torna crítico, principalmente nas aplicações portáteis,. os eletrolíticos de tântalo são absolutamente comuns.

Na figura 5 temos a construção em corte de um capacitor eletrolítico de tântalo.

 

Detalhes da construção de um capacitor eletrolítico de tântalo.
Detalhes da construção de um capacitor eletrolítico de tântalo.

 

O eletrodo de tântalo, que consiste numa das armaduras é colocado numa posição mais interna. Cobrindo esse eletrodo existe uma finíssima camada de pentóxido de tântalo que forma o dielétrico .

A outra armadura é obtida com grafite, uma superfície prateada e bióxido de manganês. Temos finalmente a carcaça externa que possui ligação elétrica com essa armadura.

Na prática encontramos os capacitores de tântalo principalmente no formato mostrado na figura 6.

 

Formato comum para os capacitores de tântalo.
Formato comum para os capacitores de tântalo.

 

Esses capacitores pelas suas reduzidas dimensões são marcados com um código especial, semelhante aos usados nos resistores, cuja leitura todo profissional da eletrônica deve conhecer.

As cores determinam tanto o valor (capacitância) como também a tensão de trabalho, que da mesma forma que nos demais capacitores é uma característica importante.

Dentre as principais características desse tipo de capacitor destacamos;

 

* Segurança

* Relação excelente entre a capacitância e o tamanho

* Corrente de fuga muito baixa, menor do que 1 uA

* Possibilidade de carga e descarga muito rápida, devido à sua resistência em série muito baixa.

* faixa de temperaturas de operação ampla

* Boas tolerâncias

 

Códigos de Leitura

Da mesma forma que outros componentes de dimensões muito pequenas, os capacitores de tântalo menores usam um código de cores (faixas colorias e pintas) indicando seu valor e tensão de trabalho.

Na figura 7 temos os dois códigos mais comuns usados para esses componentes no invólucro epóxi.

 

Códigos de marcação mais utilizados com os capacitores de tântalo em invólucro epóxi.
Códigos de marcação mais utilizados com os capacitores de tântalo em invólucro epóxi.

 

As principais características desses componentes são:

 

a) Tipos tubulares

Faixa de temperaturas: - 55º C a + 125º C

Tensões de trabalho: 6,3 V, 10 BV, 16 V, 25 V, 40 v, 63 V e 100 V

Faixa de capacitâncias: 100 nF a 470 µF

tolerância: +/-205 (Série de valores E6)

 

b) Tipos epóxi

Faixa de temperaturas: - 55º C a +125º C

Tensões de trabalho: 3 V a 50 V

Capacitâncias: 10 µF a 4 700 µF

Tolerância: +/- 20% (E6)

 

c) Tipos miniatura (gota)

Faixa de temperaturas: -55º C a 85º C

Tensões de trabalho: 3 a 50 V

Capacitâncias: 10 nF a 100 µF

Tolerância:+/- 20%

 

Obs.: os valores indicados podem variar conforme os fabricantes.

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