Танталовые и ниобиевые конденсаторы

Конструкция оксидно-электролитического танталового конденсатора К52-1Б приведена на рисунке 3.4.

1 - корпус из серебра;

2 - объемно-пористый анод;

3 - электролит;

4 - фторопластовые прокладки;

5 - резиновая втулка;

6 - текстолитовая прокладка;

7 – компаунд.

Рис. 3.4 – Конструкция оксидно-электролитического танталового конденсатора

Объемно-пористый анод представляет собой спрессованное из порошка металла и спеченное в вакууме при высокой температуре (≈ 1700 – 1900 °С) пористое тело. Исходный танталовый порошок имеет размер зерен r менее 5 мкм. Путем электрохимического окисления (формовки) на поверхности зерен создается тонкий оксидный слой пятиокиси тантала, служащий диэлектриком конденсатора. Емкость анода равна сумме параллельно соединенных емкостей оксидированных зерен. Она определяется эмпирической формулой

, (1)

где - емкость анода, мкФ;

ε – диэлектрическая проницаемость оксида анодного материала;

h – высота анода, см;

r – радиус зерен порошка, см;

- напряжение формовки, в.

Как видим, емкость анода можно повышать, уменьшая размер частиц исходного порошка. Но при этом происходит интенсивное зарастание пор и сглаживание рельефа зерен. Поэтому необходимо одновременно снижать температуру спекания и время проведения этой операции . Таким образом, емкость зависит не только от параметров, указанных в формуле (1), но и от и

В качестве рабочего электролита в К52-1Б используется 38% раствор серной кислоты. Такая высокая концентрация необходима для уменьшения сопротивления электролита и расширения рабочих диапазонов температуры и частоты. В связи с применением кислоты корпус выполнен из серебра. Поскольку в конденсаторе анодная и катодная емкости включены последовательно, то емкость катода должна значительно превышать емкость анода. Для этого на внутренней поверхности корпуса нанесена палладиевая чернь.

В качестве второго примера рассмотрим оксидно-полупроводниковый конденсатор К53-18 (рис. 3.5). По сравнению с К52-1Б в нем использован более мелкий танталовый порошок, что позволило повысить и снизить расход дефицитного тантала.

1 – двуокись марганца;

2 – танталовый анод;

3 – стальной луженый корпус;

4 – изолятор.

Рис. 3.5 – Оксидно-полупроводниковый конденсатор К53-18

Вместо жидкого электролита в этом конденсаторе используется двуокись марганца. Поскольку она обладает более высокой проводимостью, чем жидкий электролит, то подобные конденсаторы имеют лучшие частотные и температурные характеристики, чем оксидно-электролитические конденсаторы. Слой MnO2 наносится на анод методом пиролиза в среде водяного пара.

Проблема расширения диапазона рабочих частот оксидных конденсаторов решается главным образом посредством усовершенствования конструкции. Так, были разработаны танталовые и ниобиевые оксидно-полупроводниковые конденсаторы с плоскими объемно-пористыми анодами, что позволило расширить область рабочих частот до 10 МГц (конденсаторы типа К53-25 и др.). Такие аноды были изготовлены с помощью оригинального способа формообразования объемно-пористого тела путем электрофоретического осаждения танталового порошка из суспензии на плоский танталовый носитель.

Метод электрофореза (ЭФ) основан на перемещении частиц, взвешенных в жидкости, под влиянием приложенного электростатического поля. При движении частицы оседают на находящиеся на их пути поверхности и образуют тонкое, равномерное и плотное покрытие. Одно из основных преимуществ метода ЭФ – возможность изготовления анодов различных габаритов без какой-либо дополнительной оснастки: размеры анодов определяются глубиной погружения вывода, величиной поля и временем осаждения.

Применение способа ЭФ обеспечивает более однородную структуру объемно-пористого анода по сравнению с механическим прессованием, что улучшает частотные свойства конденсатора. При этом ESR и импеданс конденсатора на частотах до 100 кГц снижается в 5-7 раз, а изменение их емкости ∆С/С – в 1,5...2 раза.