Tantal-Elko nicht geeignet zum Abblocken der DC-Betriebsspannung!

Es sind in der Zwischenzeit mehr als drei Jahrzehnte vergangen, seit man weiss, dass sich Tantal-Elkos nicht eignen zum Abblocken von Störspannungen in der DC-Betriebsspannung von elektronischen Schaltungen. Die parasitäre Induktivität von Tantal-Elkos ist zwar recht niedrig, aber das niederohmige Ein- und Ausschalten der DC-Spannung verträgt der Tantal-Elko nicht. Zerstörung des Tantal-Elko ist die Regel. Man kann dann Glück haben, dass nichts passiert, wenn die Nennspannung des Tantal-Elko deutlich höher ist, als die DC-Betriebsspannung. Wegen den geringen Verlusten eignen sich Tantal-Elkos für Oszillatoren, Taktgeber und Timerschaltungen, speziell für niedrige Frequenzen bzw. lange Zeiten, wenn an Präzision keine all zu grossen Ansprüche gestellt werden.

Nehmen wir als Beispiel das Titelbild mit der Schaltung eines retriggerbaren Monoflops. Es eignet sich dafür nur die CMOS-Version des 555-Timer-IC, z.B. den LMC555 oder den TLC555. Da genügt zum Abblocken an der DC-Betriebsspannung einen kleinen Keramik-Kondensator (Kerko) mit einer Kapazität von 100 nF. Kommt für eine andere Anwendung der bipolare Oldy NE555 zum Einsatz, ist der 100-nF-Kerko ebenso korrekt in der Nähe der Betriebsspannung-Pins, jedoch parallel dazu benötigt es einen Elko mit etwa 10 µF, um die Stromspitzen beim Umschalten der Endstufe sicher „aufzufangen“. Ein Tantal-Elko wäre da Fehl am Platz.

Bei sonstigen digitalen und analogen Schaltungen  genügen meist 100-nF-Kerkos. Abweichendes ist teilweise in den Applicationnotes von Datenblättern vermerkt. Elkos kommen oft auch zum Einsatz, häufig zusammenfassend mit grossen Schaltteilen am Eingang der DC-Betriebsspannung auf der Printplatte. Mehr zum Thema Tantal-Elko liest man im Link 1. Link 1 ist Teil von Link 2 und Link 3 ist der Elektronik-Minikurs von dem das Titelbild (aus Bild 8) ist.

 


UPDATE: Polarisierter Elektrolytkondensator auch für Wechselspannung und inverse Gleichspannung

Es ist nur möglich auf der Hauptseite des ELKO das begleitende Titelbild zum folgenden Text zu sehen. Damit dies im Newsletter auch möglich ist, öffne man im Web-Browser den folgenden Link:

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Jeder Elektroniker weiss, ein Elektrolytkondensator (Elko) eignet sich nur für Gleichspannung (DC-Spannung) und nicht für Wechselspannung (AC-Spannung), ausser es ist ein spezieller bipolarer Elko wie er z.B. in passiven Filterschaltungen (Frequenzweichen) in Lautsprecherboxen zum Einsatz kommt. Diese Elkos sind spannungssymmetrisch, d.h. sie können in beiden Polarten mit der selben DC-Maximalspannung betrieben werden, und damit sind sie AC-spannungstauglich.

Eher nur wenig bekannt ist eine ganze spezielle Art des polarisierten Aluminium-Festkörperelektrolyt-Kondensators (hier abgekürzt: Alu-Elko), der dauerhaft eine inverse DC-Spannung von 30 % der DC-Maximalspannung zulässt und sogar maximal eine AC-Spannung von 80 % der DC-Maximalspannung aushält. Diese Alu-Elkos sehen dem Tantal-Tropfen-Elko sehr ähnlich, seine elektrischen Eigenschaften sind allerdings sehr unterschiedlich! Ein gewöhnlicher Tantal-Tropfen-Elko erträgt nicht die geringste inverse DC-Spannung. Von AC-Spannung wollen wir schon gar nicht reden und es gefällt ihm auch nicht, wenn er zu niederohmig geladen oder entladen wird. Auch das quittiert er sehr gerne mit Kurzschluss. Ganz im Gegensatz dieser spezielle Alu-Elko, der locker ohne Serienwiderstand stossartiges Laden und Entladen zulässt und es gefällt ihm von der Tradition des gewöhnlichen Elko drastisch abzuweichen. Betreffs Leckstrom hält er mit maximal wenigen Micro-Ampere mit andern modernen Alu-Elkos Schritt. In diesem Punkt schneidet der Tantal-Tropfen-Elko etwas besser ab. Nebenbei sei an dieser Stelle erwähnt, dass Tantal ein seltener Rohstoff ist! Man sollte sparsam mit Tantal umgehen.

Dieser spezielle Alu-Elko eignet sich besonders in Schaltungen mit Operations- und Instrumentationsverstärkern, wenn mit signifikanten DC-Inversspannungen gerechnet werden muss. An einem Beispiel zeigt dies hier das Titelbild. Links der spezielle Alu-Elko und rechts davon die Schaltung eines Instrumentationsverstärkers. Ein dicker Strich mit Pfeil zeigt C1, wo dieser spezielle Alu-Elko ganz besonders geeignet ist und zum Einsatz kommt.

Dieser Elektronik-Minikurs zeigt wie dieser spezielle Alu-Elko, in praktischen Schaltungen mit Operations- und Instrumentationsverstärkern, eingesetzt werden kann. Dieses Update besteht aus etwas zusätzlichem Text, der dem leichteren Verstehen Rechnung trägt und neu gibt es einfache Angaben um diesen speziellen Elko in drei Elektronik-Distributoren leichter zu finden.


Update: Tantal-Elektrolytkondensatoren

Ein Tantal-Elektrolytkondensator ist ein gepolter Elektrolytkondensator, der nur mit Gleichspannung betrieben werden darf. Ein Tantal-Elektrolytkondensator zeichnet eine kleine Bauform, hohe Spannungsfestigkeit, geringe Verluste und eine hohe Zuverlässigkeit aus. Allerdings zu einem entsprechend höheren Preis im Vergleich zu Aluminium-Elektrolytkondensatoren.


Update: Low-ESR-Elektrolytkondensatoren

ESR ist die Abkürzung für die englische Bezeichnung Equivalent Series Resistance. Es bezeichnet den inneren Verlustwiderstand eines Kondensators. Der Innenwiderstand ist aufgrund seiner Verluste unerwünscht.

Doch jeder Kondensator weist einen bestimmten ESR-Wert auf. Der ESR-Wert wird durch Material, Konstruktion und die Leitfähigkeit des flüssigen Elektrolyten (Kathode) beeinflusst.