Informations- und Kommunikationstechnik

Tantal-Elektrolytkondensatoren

Tantal-Elektrolytkondensatoren übertreffen die Alu-Elkos in fast allen Eigenschaften. Die elektrischen Kennwerte sind besser und werden genauer eingehalten. Sie arbeiten in einem Temperaturbereich von (−55 ... +125) °C. Sie weisen kleinere Restströme auf. Nach langer spannungsloser Lagerzeit sind sie bei voller Nennspannung sogleich betriebsbereit und ihr Dielektrikum muss sich nicht erst nachformieren. Tantal-Elkos haben bei identischen Kenndaten kleinere Baugrößen als die Alu-Elkos, da das Dielektrikum Tantalpentoxid Ta2O5 mit εr ≈ 25 eine rund viermal höhere Permittivität aufweist. Tantal-Elkos in Sinterbauweise besitzen keine parasitäre induktive Komponente.

Die maximal erreichbare Spannungsfestigkeit ist niedriger als die der Alu-Elkos. Tantal-Elkos mit Sinterelektrode und flüssigem Elektrolyten sind extrem empfindlich gegen Verpolen und dem Auftreten zu hoher Spannungsspitzen. Sie werden in drei genormte Klassen mit den folgenden Kurzbezeichnungen eingeteilt:

Bauart S
Tantal-Elko mit Sinteranode und flüssigem Elektrolyten
Bauart SF
Tantal-Elko mit Sinteranode und festem Elektrolyten
Bauart F
Tantal-Elko mit Folienelektroden und flüssigem Elektrolyten

In der neueren Klassifizierung fehlt die Bauart F und in SF wird zwischen dem Feststoffelektrolyten Mangandioxid und festen Polymerelektrolyten unterschieden. Alle Tantal-Elkos werden mit Sinteranoden gefertigt.

Tantalkondensator, S-Typ

Tantalpulver wird im Hochvakuum bei Temperaturen um 1500°C gesintert und bildet einen porösen Sinterkörper mit sehr großer Oberfläche. Die Korngrenzen werden oxidiert und umgeben sich mit dem rund 100 nm dünnen Dielektrikum aus Tantalpentoxid. Der Elektrolyt ist eine gut leitende Säure. Teflon dient als Abstandshalter und eine innere Feinsilberauflage stellt den Kontakt zum Kathodengehäuse her.

Schon mit sehr kleinen Bauformen werden hohe Kapazitäten erreichen. Der Reststrom beträgt wenige μA. Der Verlustfaktor ist von der Betriebsfrequenz abhängig mit Werten, die bei 100 Hz um 0.05 und bei 5 kHz bei rund 0,5 liegen.

Tantalkondensator, SF-Typ

SF-Bautypen haben einen festen Elektrolyten aus Mangandioxid MnO2 mit halbleitenden Eigenschaften. Die Korngrenzen der Sinteranode sind mit dem Dielektrikum Ta2O5 oxidiert. Die Sinteranode wird mit Mangan(II)Nitrat getränkt, das thermisch zu MnO2 umgewandelt den Feststoff-Elektrolyten bildet. Mit Grafit überzogen und elektrolytisch versilbert stellt er den Kontakt zum Kathodengehäuse her.

Tantal-Elektrolytkondensatoren dieser Bauform werden am meisten eingesetzt. Sie haben eine hohe Lebensdauer und sehr beständige Kennwerte. Der Verlustfaktor liegt bei 0,05. In Kondensatoren mit festem Polymerelektrolyt ist das Mangandioxid durch das Polymer ersetzt. Bei Betriebstemperaturen von 85°C ist die maximale Spannungsfestigkeit der Polymer-Elkos nur ein Drittel so hoch verglichen mit dem Mangandioxid-Elektrolyten. Die maximal erreichbaren Kapazitäten der Polymer-Elkos sind mit 1500 μF halb so hoch.

Tantalkondensator, F-Typ

Bei der Bauart F bestehen Anode und Kathode aus Tantalfolien, die mit Spezialfolienpapier aufgewickelt sind. Das Papier ist mit dem elektrisch gut leitenden Elektrolyten, oft Schwefelsäure getränkt. Die Anodenfolie ist mit dem Dielektrikum Ta2O5 formiert. Bei der Verwendung von zwei oxidierten Tantalfolien lassen sich auch ungepolte Tantal-Elkos herstellen. Die Kennwerte gleichen denen der Bauart S.

Diese Ta-Wickelkondensatoren werden nur noch in Bereichen mit hohen Sicherheitsanforderungen wie der Luftfahrt-, Raumfahrt- und Militärtechnik eingesetzt. Im Konsumerbereich sind sie durch Ta-Sinterkondensatoren mit flüssigen und festen Elektrolyten ersetzt worden.