Kapasitor Tantalum : Pengertian, Karakteristik, Konstruksi Dan Aplikasi

Kapasitor tantalum menawarkan solusi kapasitansi yang cukup tinggi yang andal dan stabil.

Dengan penggunaan hampir 60 tahun, kapasitor Tantalum digunakan dalam mengembangkan berbagai aplikasi untuk industri seperti avionik militer dan komersial, otomasi industri dan sistem kontrol, elektronik medis dan implan, smartphone, laptop, desktop, dan komputer notebook.

Bell Laboratories, selama awal 1950-an, menemukan kapasitor Tantalum padat sebagai kapasitor pendukung tegangan rendah yang sangat canggih dan sangat andal. Artikel ini membahas gambaran umum tentang kapasitor tantalum.

Apa itu Kapasitor Tantalum?

Sebuah kapasitor Tantalum elektrolit terdiri dari logam tantalum – bertindak sebagai anoda, dikelilingi lapisan oksida anodik oksida – digunakan sebagai dielektrik, yang selanjutnya tertutup oleh elektrolit cair atau padat sebagai katoda. Karena mangan dioksida (MnO2) menawarkan fitur self-healing untuk memastikan keandalan jangka panjang, ia digunakan sebagai katoda.

Dibawah ini merupakan gambar kapasitor tantalum.

Kapasitor Tantalum sangat stabil, lebih kecil dan lebih ringan dan memiliki tegangan kerja dan kapasitansi maksimum yang lebih rendah. Kapasitor ini memiliki kebocoran arus yang lebih sedikit dan memiliki induktansi yang lebih sedikit, oleh karena itu, kapasitor ini tidak cocok untuk rangkaian kopling frekuensi tinggi.

Karakteristik

Karakteristik umum

Kapasitor Tantalum dibuat dengan nilai kapasitansi mulai dari 1nF hingga 72mF dan ukurannya jauh lebih kecil daripada kapasitor elektrolit aluminium dengan kapasitansi yang sama.

Rating tegangan untuk kapasitor tantalum bervariasi dari 2V hingga lebih dari 500V. Mereka memiliki resistansi seri setara (ESR) sepuluh kali lebih kecil dari ESR kapasitor elektrolit aluminium, yang memungkinkan arus yang lebih besar melewati kapasitor dengan lebih sedikit panas yang dihasilkan.

Kapasitor tantalum sangat stabil dari waktu ke waktu dan kapasitansinya tidak berubah seiring bertambahnya usia, terutama jika dibandingkan dengan kapasitor elektrolit aluminium. Mereka sangat andal bila ditangani dengan benar dan umur simpannya hampir tidak terbatas.

Polaritas

Kapasitor elektrolit Tantalum adalah perangkat yang sangat terpolarisasi. Sementara kapasitor elektrolit aluminium, yang juga terpolarisasi, dapat bertahan dari tegangan balik yang diberikan secara singkat, kapasitor tantalum sangat sensitif terhadap polarisasi terbalik.

Jika tegangan polaritas terbalik diterapkan, oksida dielektrik rusak, kadang-kadang membentuk korsleting. Hubungan pendek ini nantinya dapat menyebabkan pelarian termal dan kerusakan kapasitor.

Perlu dicatat bahwa kapasitor tantalum biasanya memiliki terminal positif yang ditandai, berbeda dengan kapasitor elektrolitik aluminium, yang memiliki terminal negatif yang ditandai pada casing.

Kerusakan

Kapasitor Tantalum memiliki mode kegagalan yang berpotensi berbahaya. Dalam kasus lonjakan tegangan, anoda tantalum dapat bersentuhan dengan katoda mangan dioksida, dan jika energi lonjakan cukup, itu dapat memulai reaksi kimia.

Reaksi kimia ini menghasilkan panas dan mandiri dan dapat menghasilkan asap dan api. Untuk mencegah pelarian termal ini terjadi, sirkuit failsafe eksternal seperti pembatas arus dan sekering termal harus digunakan bersama dengan kapasitor tantalum.

Konstruksi Kapasitor Tantalum

Kapasitor elektrolit tantalum, seperti kapasitor elektrolit lainnya, terdiri dari anoda, beberapa elektrolit dan katoda. Anoda diisolasi dari katoda sehingga hanya kebocoran arus DC yang sangat kecil yang dapat mengalir melalui kapasitor. Anoda terbuat dari logam tantalum murni.

Logam digiling menjadi bubuk halus, dan disinter menjadi butiran pada suhu tinggi. Ini membentuk anoda yang sangat berpori dengan luas permukaan yang tinggi. Luas permukaan yang tinggi secara langsung berarti nilai kapasitansi yang meningkat.

Anoda kemudian ditutupi dengan lapisan oksida isolasi, yang bertindak sebagai dielektrik. Proses ini disebut anodisasi. Langkah ini harus dikontrol dengan tepat untuk mengurangi toleransi dan memastikan nilai kapasitansi yang benar karena tingkat pertumbuhan oksida menentukan ketebalan dielektrik.

Elektrolit ditambahkan ke anoda dengan cara pirolisis dalam kasus kapasitor tantalum padat. Kapasitor tantalum padat kemudian dicelupkan ke dalam larutan khusus dan dipanggang dalam oven untuk menghasilkan lapisan mangan dioksida. Proses ini diulang sampai lapisan tebal hadir pada semua permukaan internal dan eksternal.

Akhirnya, butiran yang digunakan dalam kapasitor tantalum padat dicelupkan ke dalam grafit dan perak untuk menyediakan sambungan katoda yang baik. Berbeda dengan kapasitor tantalum padat, kapasitor tantalum basah menggunakan elektrolit cair.

Setelah anoda disinter dan lapisan dielektrik tumbuh, anoda dicelupkan ke dalam elektrolit cair di dalam selungkup. Selungkup dan elektrolit bersama-sama berfungsi sebagai katoda dalam kapasitor tantalum basah.

Kelebihan dan Kekurangan Kapasitor Tantalum

Daftar kelebihan dan kekurangan kapasitor tantalum padat meliputi:

Kelebihannya adalah: Umur panjang, ketahanan suhu tinggi, kinerja luar biasa, akurasi tinggi, efisiensi dalam menyaring harmonik frekuensi tinggi.

Kekurangannya adalah: Memiliki lapisan oksida yang sangat tipis yang tidak kuat, tidak dapat menahan tegangan di atas batas, rating arus riak yang rendah.

Aplikasi Kapasitor Tantalum

Kapasitor Tantalum menawarkan berbagai manfaat dan oleh karena itu, digunakan dalam berbagai aplikasi, terutama dalam elektronik modern untuk stabilitas yang lebih tinggi guna menahan berbagai suhu dan frekuensi, keandalan jangka panjang, dan efisiensi volumetrik.

Kapasitor tantalum adalah komponen yang menuntut implan kardio untuk secara otomatis merasakan detak jantung yang tidak teratur dan memberikan kejutan listrik dalam beberapa detik. Kapasitor ini menemukan posisinya di vertikal industri yang paling menuntut seperti medis, telekomunikasi, kedirgantaraan, militer, otomotif, dan komputer.

Pertanyaan Seputar Kapasitor Tantalum

1. Sebutkan beberapa aplikasi kapasitor tantalum?

Ini digunakan dalam industri seperti telekomunikasi, avionik, luar angkasa, medis, telekomunikasi, aplikasi konsumen.

2. Apa tegangan lonjakan dalam hal kapasitor tantalum?

Tegangan lonjakan adalah tegangan tertinggi yang dapat diterapkan ke kapasitor untuk periode yang lebih pendek di sirkuit yang memiliki resistansi seri minimum.

3. Apa itu tegangan balik? Apa yang terjadi pada kapasitor tantalum ketika tegangan balik diterapkan?

Tegangan balik adalah di mana tegangan elektroda anoda negatif terhadap tegangan katoda. Dengan tegangan balik, arus bocor balik mengalir dalam retakan mikro kecil atau cacat melintasi lapisan dielektrik ke anoda kapasitor.

4. Apa berbagai dielektrik yang digunakan untuk memproduksi kapasitor tantalum?

• Elektrolit mangan dioksida
• Tantalum pentoksida, Ta2O5
• Niobium Pentoksida, Nb2O5

5. Jelaskan penandaan polaritas kapasitor tantalum

Polaritas dan tanda pada kapasitor memudahkan untuk mengidentifikasi anoda dan katoda.

• Dua pita dan tanda positif membantu dalam mengidentifikasi nilai kapasitansi dan tegangan kerja maksimum.
• Namun, nilai paling atas ke kiri mengungkapkan nilai kapasitansi dalam mikrofarad (uF). Misalnya, nilai pada gambar di bawah ini adalah 2,2 uF.
• Tegangan di bawah nilai kapasitansi adalah tegangan kerja maksimum kapasitor, yaitu 25V.
• Tanda positif (+) terlihat di bawah pita panjang. Kombinasi pita panjang dan tanda “+” menunjukkan bahwa situs ini memiliki timah/anoda positif, sedangkan sisi lainnya menunjukkan timah/katoda negatif.
• Tegangan balik atau sambungan yang salah dapat merusak kapasitor.

Sekian ulasan tentang pengertian kapasitor tantalum, karakteristik, konstruksi hingga aplikasinya. Semoga bermanfaat.