Cap. 2.3. Os componentes: Capacitor de Óxido de Tântalo

Cap. 2.3. Os componentes: Capacitor de Óxido de Tântalo

02/05/2018

  Mais um artigo da série sobre eletrônica, desta vez sobre o capacitor de Óxido de Tântalo!

   Estes componentes são, assim como os capacitores CPA, substitutos dos capacitores eletrolíticos de Óxido de Alumínio (Al2O3). Capacitores de Tântalo tem várias vantagens em relação aos eletrolíticos, entre elas, a maior capacitância por unidade de volume, ou seja, capacitores de Tântalo podem ser fabricados em tamanhos menores que os eletrolíticos comuns e mesmo assim ter a mesma capacitância, isso porque a rigidez dielétrica do Óxido Tântalo é superior ao do Óxido de Alumínio.

  Outras vantagens são, a maior estabilidade, ESR extremamente baixa, corrente de fuga na faixa de 1 microAmpere, faixa ampla de temperaturas de operação e elevada tolerância de capacitância.

  Por mais que capacitores de Tântalo existam a muito tempo, sua utilização só aumentou nas últimas duas décadas pois, são componentes mais difíceis e caros de serem fabricados e só a tecnologia de fabricação atual que permitiu que eles fossem produzidos em larga escala com preços baixos.

  Por ocuparem muito pouco espaço e terem uma grande capacitância, na casa dos microFarads, capacitores de Tântalo são fabricados no formato SMD para serem utilizados em circuitos extremamente pequenos, como por exemplo, placas de smartphone, placas de TV, placas-mãe de desktop e notebook, entre vários outros equipamentos.

  Abaixo você vê o diagrama interno de um capacitor de Tântalo:

   Como você pode ver acima, o eletrodo que se carrega de cargas negativas é feito de Tântalo (Ta) e o polo positivo, que se carrega de cargas positivas, é feito de Bióxido de Manganês (MnO2) e Carbono (C). O dielétrico é uma fina camada de Pentóxido de Tântalo (Ta2O5). Assim como o Óxido de Alumínio, o Pentóxido de Tântalo é criado sob um processo de oxidação anódica.

  Observe que, no caso do capacitor eletrolítico os eletrodos são iguais (são de Alumínio), o dielétrico é Óxido de Alumínio e o eletrólito serve para melhorar o contato entre o cátodo e o dielétrico. Já no capacitor de Tântalo, o polo negativo possui um eletrodo de Tântalo, e o positivo um eletrodo de grafite, o dielétrico é o Pentóxido de Tântalo e o Dióxido de Manganês serve para melhorar o contato entre o dielétrico e o cátodo, funcionando como um eletrólito.

  O princípio de funcionamento do capacitor de Tântalo é o mesmo do capacitor eletrolítico, portanto, recomendo que leia o artigo sobre estes capacitores. Caso não tenha lido ainda:

 

https://hardwarecentrallr.wixsite.com/hardcentral/single-post/2018/03/21/Cap-11-Os-componentes-Capacitor-eletrol%C3%ADtico

 

  É válido lembrar que, o capacitor de Tântalo também possui polaridade. Caso o capacitor tenha suas polaridades invertidas no circuito, os elétrons irão sobrecarregar o Dióxido de Manganês que irá superaquecer e ser danificado instantaneamente e, caso isso não aconteça de forma imediata, a resistência interna (ESR) poderá aumentar drasticamente, o tornado inútil também.

  O polo positivo destes capacitores é marcado com um ponto, ou uma listra ou até mesmo o sinal "+" numa cor diferente do restante da carcaça. O polo negativo sempre possui o terminal mais curto. Em capacitores eletrolíticos ou CPA, a listra na carcaça é utilizada para marcar o polo negativo do componente.

 

  Algumas curiosidades sobre o Tântalo: É um elemento químico cujo nome é Tantálio (Símbolo Ta) possuindo número atômico 73 (73 prótons e 73 elétrons) e massa atômica 181. É um metal de transição e está situado no grupo 5B, período 6 e bloco D da tabela periódica.

 

  Há três tipos principais de capacitores de tântalo, que serão detalhados abaixo:

 

Capacitores de Tântalo com invólucro tubular:

Faixa de temperatura de operação: - 55º C a + 125º C;

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

Faixa de capacitância: 100 nF a 470 µF;

Tolerância da capacitância nominal: +/- 20%.

 

Capacitores de Tântalo com invólucro de epóxi:

Faixa de temperatura de operação: - 55º C a +125º C;

Tensões de trabalho: 3 V a 50 V;

Faixa de capacitância: 10 µF a 4 700 µF;

Tolerância da capacitância nominal: +/- 20%.

 

Capacitores de Tântalo com invólucro de resina:

Faixa de temperatura de operação: -55º C a 85º C;

Tensões de trabalho: 3 a 50 V;

Capacitâncias: 10 nF a 100 µF;

Tolerância da capacitância nominal:+/- 20%.

   Talvez o grande problema destes capacitores seja identificar a tensão, a capacitância e a tolerância deles pois, não há um padrão de nomenclatura. Capacitores SMD de Tântalo, em alguns casos, chegam a ser tão pequenos que não há números de identificação. Capacitores de Tântalo mais antigos utilizam um sistema parecido com o utilizado em resistores axiais, eles são listrados e há uma tabela de cores. As duas formas de identificar o significado destas cores são mostradas abaixo:

   Atualmente, apenas olhando o datasheet do componente podemos ter certeza de suas características técnicas. Observe as imagens abaixo:

  Curiosidade: você pode substituir um capacitor eletrolítico de óxido de Alumínio por um de óxido de Tântalo! Desde que respeite os valores de tensão e capacitância! Colocar um capacitor com tensão nominal mais alta do que o necessário também não há problemas na maioria dos casos!

  Existem várias outras versões de capacitores de Tântalo e com cores diferentes, o que depende do fabricante.

  Algumas formas de identificação de capacitores SMD serão mostradas num artigo futuro, já que, é um componente que possui algumas peculiaridades.

 

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CRÉDITOS e FONTES

 

Texto, diagrama e imagens: Leonardo Ritter

Fontes: Instituto Newton C. Braga; Meus cadernos e apostilas de eletrônica e química.

 

Última atualização: 22 de Julho de 2019.

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