Historia del condensador: la era moderna |Hackaday

2022-11-03 16:05:46 By : Ms. Marie Lu

Los años pioneros en la historia de los capacitores fueron una época en la que los capacitores se usaban principalmente para obtener una comprensión temprana de la electricidad, incluso antes del descubrimiento del electrón.También era un momento para hacer demostraciones de salón, como tener una fila de personas cogidas de la mano y descargar un condensador a través de ellas.La era moderna de los capacitores comienza a fines del siglo XIX con el amanecer de la era de la aplicación práctica de la electricidad, que requiere capacitores confiables con propiedades específicas.Marconi con aparato de transmisión, publicado en LIFE [Dominio público], a través de Wikimedia CommonsUno de esos usos prácticos fue en los transmisores inalámbricos de chispa de Marconi que comenzaron justo antes de 1900 y en la primera y segunda década.Los transmisores generaron un alto voltaje para descargar a través de un espacio de chispas y, por lo tanto, usaron capacitores de porcelana para soportar ese voltaje.También se requería alta frecuencia.Estos eran básicamente frascos de Leyden y para obtener las capacitancias requeridas se necesitaba mucho espacio.En 1909, William Dubilier inventó capacitores de mica más pequeños que luego se usaron en el lado receptor para los circuitos resonantes en el hardware inalámbrico.Los primeros condensadores de mica eran básicamente capas de mica y láminas de cobre unidas como lo que se denominaba "condensadores de mica sujetados".Sin embargo, estos condensadores no eran muy confiables.Al ser solo láminas de mica presionadas contra láminas de metal, había espacios de aire entre la mica y las láminas.Esa brecha permitió la oxidación y la corrosión, y significó que la distancia entre las placas estaba sujeta a cambios, alterando la capacitancia.En la década de 1920 se desarrollaron condensadores de mica plateada, en los que la mica está recubierta por ambos lados con el metal, eliminando los espacios de aire.Con una fina capa de metal en lugar de láminas más gruesas, los condensadores también podrían hacerse más pequeños.Estos eran muy confiables.Por supuesto que no nos detuvimos ahí.La era moderna de los condensadores ha estado marcada por un avance tras otro en una historia fascinante.Vamos a ver.MLCC alrededor de un microprocesador.Por Elcap [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons En la década de 1920, la mica no era tan abundante en Alemania, por lo que experimentaron con nuevas familias de capacitores cerámicos y descubrieron que el dióxido de titanio (rutilo) tenía una dependencia lineal de la capacitancia con la temperatura. compensación y podría reemplazar los condensadores de mica.Se produjeron en pequeñas cantidades al principio y en cantidades mayores en la década de 1940.Consistían en un disco metalizado por ambas caras.Para obtener mayor capacitancia se utilizó otra cerámica, titanato de bario, que tenía 10 veces la permitividad de la mica o el dióxido de titanio.Sin embargo, tenían parámetros eléctricos menos estables y podían reemplazar a la mica solo donde la estabilidad era menos importante.Esto se mejoró después de la Segunda Guerra Mundial.Una empresa estadounidense lanzada en 1961 fue pionera en el condensador cerámico multicapa (MLCC), que era más compacto y tenía una mayor capacitancia.A partir de 2012, se producen más de 10 ^ 12 MLCC de titanato de bario cada año.En la década de 1890, Charles Pollak descubrió que una capa de óxido en un ánodo de aluminio era estable en una solución neutra o alcalina y obtuvo una patente en 1897 para un condensador de aluminio con electrolito de bórax.Los primeros condensadores electrolíticos "húmedos" aparecieron brevemente en las radios en la década de 1920, pero tenían una vida útil limitada.Fueron llamados "húmedos" debido a su alto contenido de agua.Básicamente eran un recipiente con un ánodo de metal sumergido en una solución de bórax u otro electrolito disuelto en agua.El exterior del contenedor actuó como la otra placa.Estos se utilizaron en grandes centrales telefónicas para reducir el ruido de los relés.La patente del ancestro moderno del capacitor electrolítico fue presentada en 1925 por Samual Ruben.Colocó un electrolito similar a un gel entre el ánodo recubierto de óxido y la segunda placa, una lámina de metal, eliminando la necesidad de un recipiente lleno de agua.El resultado fue el condensador electrolítico "seco".Otra adición fue un espacio de papel entre las vueltas de las láminas.Todo esto redujo significativamente el tamaño y el precio.En 1936, la empresa Cornell-Dubilier presentó sus condensadores electrolíticos de aluminio, incluidas mejoras como la rugosidad de la superficie del ánodo para aumentar la capacitancia.Hydra-Werke, una empresa de AEG, comenzó la producción en masa en Berlín, Alemania al mismo tiempo.Después de la Segunda Guerra Mundial, el rápido desarrollo de la tecnología de radio y televisión condujo a mayores cantidades de producción, así como a una variedad de estilos y tamaños.Las mejoras incluyeron la reducción de las corrientes de fuga y la resistencia en serie equivalente (ESR), rangos de temperatura más amplios y vidas útiles más largas mediante el uso de nuevos electrolitos basados ​​en compuestos orgánicos.Otros desarrollos desde la década de 1970 hasta la década de 1990 también incluyeron la reducción de las corrientes de fuga, una mayor reducción de la ESR y temperaturas más altas.Lo que se conoció como la “plaga de capacitores” ocurrió durante los años 2000 a 2005, posiblemente debido al uso de una receta robada pero sin ciertas sustancias estabilizadoras que condujeron a una falla prematura.Un condensador de tantalio de montaje superficial.Por Epop [Dominio público], a través de Wikimedia CommonsLos condensadores electrolíticos de tantalio se fabricaron por primera vez con fines militares en la década de 1930.Estos usaban láminas de tantalio enrolladas y un electrolito no sólido.En la década de 1950, Bell Laboratories fabricó los primeros condensadores de tantalio con electrolito sólido.Molieron el tantalio hasta convertirlo en polvo y lo sinterizaron como un cilindro.Al principio se utilizó un electrolito líquido, pero luego descubrieron que el dióxido de manganeso se podía utilizar como electrolito sólido.Aunque Bell Labs hizo los inventos fundamentales, en 1954 la Sprague Electric Company hizo mejoras en el proceso, produciendo los primeros condensadores de electrolito sólido de tantalio comercialmente viables.1975 vio la aparición de condensadores electrolíticos de polímero de tantalio con polímeros conductores de conductividad mucho más alta que reemplazan al dióxido de manganeso y conducen a una ESR más baja.NEC lanzó sus condensadores de polímero de tantalio en 1995 para SMD (dispositivos de montaje en superficie) y Sanyo hizo lo mismo en 1997.El mineral de tantalio está sujeto a choques de precios y dos de esos casos ocurrieron en 1980 y 2000/2001.Este último impacto condujo al desarrollo de condensadores electrolíticos de niobio con electrolito de dióxido de manganeso que ofrece propiedades aproximadamente iguales a las de los condensadores de tantalio.Condensadores de película.Elcap [CC-BY-SA 3.0], vía Wikimedia CommonsEl condensador de papel metalizado fue patentado en 1900 por GF Mansbridge.El metalizado se realizó revistiendo el papel con un aglutinante relleno de partículas metálicas.Estos se usaban comúnmente a principios del siglo XX como capacitores de desacoplamiento en telefonía (telecomunicaciones). Durante la Segunda Guerra Mundial, Bosch mejoró el proceso y los fabricó recubriendo el papel con laca y utilizando la deposición de metal al vacío para recubrirlo.Alrededor de 1954, Bell Labs fabricó una película de laca metalizada de 2,5 um de espesor separada del papel, lo que resultó en condensadores mucho más pequeños.Este puede considerarse el primer condensador de película de polímero.La investigación en plástico realizada por químicos orgánicos durante la Segunda Guerra Mundial dio como resultado que esto fuera más allá.En 1954, el primer capacitor de mylar fue uno de esos.Mylar fue registrado por Dupont en 1952 y es un PET (tereftalato de polietileno) muy fuerte.En 1954 se produjo un condensador de película de mylar metalizado de 12 um.Para 1959 la lista incluía condensadores fabricados con polietileno, poliestireno, politetrafluoroetileno, PET y policarbonato.En 1970, las empresas eléctricas utilizaban condensadores de lámina de película sin papel.Supercapacitores, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons Eso nos lleva al último de nuestros tipos de capacitores, y bastante emocionante con capacitancias de miles de faradios.A principios de la década de 1950, las investigaciones de General Electric utilizaron su experiencia con pilas de combustible y baterías recargables para experimentar con condensadores con electrodos de carbono poroso.Esto llevó a H. Becker a patentar el condensador como un "condensador electrolítico de bajo voltaje con electrodos de carbono porosos", sin comprender el principio detrás de él que conduce a la capacidad extremadamente alta.GE no siguió adelante.Standard Oil of Ohio desarrolló otra versión y finalmente la autorizó en la década de 1970 a NEC, quien finalmente la comercializó con el nombre de marca registrada, supercapacitor.Estaba clasificado en 5.5V y tenía capacitancias de hasta 1F.Tenían un tamaño de hasta 5 cm ^ 3 y se usaban como energía de respaldo para la memoria de la computadora.Brian Evans Conway, profesor emérito de la Universidad de Ottawa, trabajó en condensadores electroquímicos de óxido de rutenio de 1975 a 1980. En 1991 describió la diferencia entre supercondensadores y baterías en almacenamiento electroquímico, dando una explicación completa en 1999 mientras acuñaba el término supercondensador nuevamente.Los productos y los mercados crecieron lentamente con nombres de productos como Goldcaps, Dynacap y PRI Ultracapacitor, siendo este último el primer supercapacitor con baja resistencia interna desarrollado en 1982 por Pinnacle Research Institute (PRI) con fines militares.Los desarrollos relativamente recientes en el mercado incluyen condensadores de iones de litio que dopan el ánodo de carbón activado con iones de litio.Estos tienen capacidades de miles de faradios (4 dígitos) a alrededor de 2,7 V.Según sus comentarios en respuesta a nuestra publicación Historia del condensador: los años pioneros, no falta el uso del término condensador en lugar de condensador.Entonces, ¿de dónde viene el término condensador?Eso parece ser desconocido, pero el Oxford English Dictionary cita del Glosario de términos en ingeniería eléctrica de 1922 BSI (British Standards Institution?) que dice que 'condensador' es un 'término nuevo' y sugiere que se use para evitar confusiones con el vapor 'condensador'.Si bien eso concluye nuestra historia del capacitor, hay muchos más que estamos seguros que se podrían agregar en función de la gran cantidad de tipos de capacitores.Háganos saber a continuación si tiene alguna adición interesante que sugiera.Y siendo la historia solo una parte del camino del progreso, infórmenos de cualquier desarrollo futuro actual o esperado del que tenga conocimiento.¿Qué dirá un escritor de Hackaday dentro de 50 años sobre los capacitores de hoy y los próximos 50 años?Hola, he leído el artículo y me quedé con una simple pregunta.Al principio del artículo se afirma sobre alu.de eleco “Se utilizaban en grandes centrales telefónicas para reducir el ruido de los relés”.Así que ahora mi pregunta es ¿por qué?¿Cómo funciona?¿Los apilaron en grandes pilas alrededor de los relés para formar una especie de barrera de sonido?Estoy seguro de que no, pero ¿cómo se silencia un relé con un condensador?Conozco formas de reducir el consumo de corriente de un circuito de relé, simplemente coloque una resistencia en serie con el relé y coloque una tapa grande a través de la resistencia.De esta manera, el relé tiene el poder de atraer correctamente (usando la corriente de carga de la tapa) y cuando el capacitor está lleno, la resistencia se hace cargo y limita la corriente de mantenimiento del relé.Pero silenciar?¿Alguien sabe algún detalle?Supongo que redujeron el ruido eléctrico, no el acústico.Jaja, nunca había pensado en eso, jaja.Tonto de mí.Estaba tan concentrado en mi mente pensando en el ruido audible de cientos de relés cambiando continuamente que ni siquiera me di cuenta de que podrían haber significado ruido eléctrico.Es muy posible que haya causado ruido acústico... en ambos extremos de la línea telefónica.No se olvide de los condensadores de papel encerado.Estaban hechos de capas de lámina conductora y papel encerado, enrolladas.Se encuentran en muchos dispositivos electrónicos anteriores a la década de 1970, en lugares donde ahora usaríamos condensadores de mylar o de cerámica.Eran grandes y presentaban fugas a medida que absorbían la humedad del aire.Cuando era niño, esto es lo que sacaba de las radios viejas.No es frecuente que vea la palabra "adsorber" utilizada en la naturaleza.Parece común que el principiante piense que se especifican condensadores polarizados, porque los ven en los esquemas.Pero no puedo pensar en nada que requiera condensadores polarizados.Lo que se especifica son capacitores de gran valor, y la única forma de obtener eso, o al menos en un tamaño razonable, es usar electrolíticos, que están polarizados.Lo que ha cambiado es que los capacitores de gran valor ahora son más comunes.En los días de los tubos, serían condensadores de filtro en la fuente de alimentación, tal vez acoplamiento de audio y derivación de cátodo en las etapas de audio.Y serían valores relativamente pequeños.Los tubos eran de alta impedancia, alto voltaje a baja corriente, por lo que no abundaban los condensadores de gran valor.Encontrar electrolíticos defectuosos fue relativamente fácil, el zumbido en el audio significaba un condensador de filtro defectuoso en la alimentación, la baja ganancia de audio probablemente significaba un condensador de derivación de cátodo defectuoso.Eso cambió con los transistores.Bajo voltaje pero mayor corriente, eran de baja impedancia y para ser efectivos, los capacitores tenían que ser de mayor valor.Incluso las primeras radios de bolsillo de transistores tenían más electrolíticos que la radio de tubo equivalente.Es posible que vea lanchas motoras si un capacitor de derivación en el voltaje de suministro se estropeó.Significaba que los electrolíticos eran mejores y más pequeños.Tengo uno del tamaño de una lata de Coca-Cola, compré un excedente en 1973, es 15000uF a aproximadamente 15V.Puede obtener eso en un paquete mucho más pequeño en tiempos más recientes.Más tarde empeoró.La llegada de los suministros de conmutación significó que los electrolíticos no tenían que tener un valor tan grande, ya que funcionaban a una frecuencia mucho más alta que los 60 Hz en una fuente de alimentación.Y las computadoras y otros equipos digitales tienen una gran cantidad de electrolíticos que cruzan las líneas de suministro que se pueden ver.Mucho ruido de alta frecuencia.Todo eso pone más en los electrolíticos, no visto décadas.El circuito es más complejo, un capacitor defectuoso quizás no sea tan obvio como en las radios de válvulas hace décadas.Hay otra familia de condensadores que no se menciona: los diodos varactores.Estos dispositivos son diodos de polarización inversa cuya capacitancia varía según el voltaje de polarización inversa aplicado.Se encuentran con frecuencia en osciladores controlados por voltaje, especialmente en los extremos frontales de radio y TV más antiguos.Puede comprar un verdadero 'varactor' que tendrá características confiables dispositivo a dispositivo, o puede probar casi cualquier diodo, incluso un LED.La capacitancia de unión de cualquier diodo variará algo con el voltaje de polarización inversa aplicado.Creo que los clasificaría como semiconductores en lugar de condensadores.Pero sí, muchas uniones de semiconductores proporcionarán el efecto, en diversos grados.Aunque un artículo hace décadas advirtió sobre el uso de diodos simples que tenían una carcasa transparente.Estaba recibiendo un zumbido en su VCO, hasta que se dio cuenta de que el diodo transparente que actuaba como un varactor estaba siendo modulado por la lámpara de escritorio.Incluso cuando Sam Harris describió el primer amplificador paramétrico práctico en CQ alrededor de 1958, sugirió probar otras cosas primero, para tener una idea, antes de derrochar en un varactor entonces nuevo y costoso.diodos varactores;pero no realmente.'Leyenda urbana', algo así.Realmente funcionaEn realidad.Un amigo llamó para preguntarme si tenía algún límite de alta frecuencia de valor pequeño (10pf-30pf).Parece que necesitaba dos para usar en el omnipresente oscilador de reloj CMOS que se encuentra en casi todos los microprocesadores/controladores, y que generalmente usa límites en ese rango (el diseño de HIS requería límites de 15 pf y 22 pf. Por supuesto).Para efectuar una solución rápida, le sugerí que usara dos diodos de señal de alta frecuencia con polarización inversa (¿1N4148, tal vez? ¿1N914?) en lugar de los condensadores, ya que probablemente tendrían una capacitancia en el rango que necesitaba y en el voltaje que necesitaba estaba usando.Funcionó;y funciona.(Nota: un diodo rectificador de baja frecuencia, a la 1N400X, probablemente no funcionará; solo actuará como un bulto blando. Perdón por toda la charla de alta tecnología)“Perdón por toda la charla de alta tecnología” ¡BAH!¡JAJAJA!A los editores: Necesitan desesperadamente conseguir una clase superior de lectores, o corren el riesgo de seguir el mismo camino que las “Respuestas” de Yahoo!.Debe cortejar a los lectores que realmente saben algo, incluido el uso del idioma.LecturA INTERESANTE.Hubiera sido bueno obtener algo sobre capacitores variables allí.Por lo que entiendo, fueron bastante esenciales en los primeros días de la transmisión por radio.Y, tal vez un poco demasiado lejos del tema, todas las aplicaciones en las que un condensador se usa realmente como un elemento sensor directo también habrían sido interesantes.Ya sean sensores industriales para el control de procesos, o botones táctiles capacitivos y pantallas táctiles…Estoy secundando la omisión del condensador variable.Sospecho que hay un artículo en proceso.:)Y nuevamente recuerdo la vez que me perdí 1500 farad supercaps a la venta por 6 $ USD en un lugar de excedentes en línea.Ay.Son sólo 500F y no sé qué tan buenos son, pero una búsqueda rápida en eBay arrojó algunos supercapacitores muy baratos (menos de $6, envío gratis) 500F, 2.7V.Aquí hay uno por $4.76 http://www.ebay.com/itm/1pcs-2-7V-500F-Super-Farad-Capacitor-Super-Capacitor-35-60mm-/182190031303?hash=item2a6b5f41c7:g:5iwAAOSwuzRXdS4IMuy bueno.Nunca supe las fechas en que se empezaron a utilizar los distintos tipos de condensadores.Hola Volver a enero del comentario de 2016.Cuestionando cómo se podrían usar los condensadores para silenciar el ruido del relé.Sospecho que se colocaron condensadores a través de los puntos de contacto conmutados para eliminar los puntos de arco o transitorios allí cuando la bobina del relé abrió y cerró los contactos.El propósito de los contactos es cambiar las conexiones entre las líneas telefónicas.El capacitor reduce los clics y clacks en la línea telefónica.Sea amable y respetuoso para ayudar a que la sección de comentarios sea excelente.(Política de comentarios)Este sitio utiliza Akismet para reducir el spam.Aprende cómo se procesan los datos de tus comentarios.Al utilizar nuestro sitio web y nuestros servicios, usted acepta expresamente la colocación de nuestras cookies de rendimiento, funcionalidad y publicidad.Aprende más