Historia del condensador: la era moderna
Los años pioneros en la historia de los condensadores fueron una época en la que los condensadores se utilizaron principalmente para obtener una comprensión temprana de la electricidad, incluso antes del descubrimiento del electrón. También hubo tiempo para realizar demostraciones en el salón, como tener una fila de personas tomadas de la mano y hacer salir un condensador a través de ellas. La era moderna de los condensadores comienza a finales del siglo XIX con el crepúsculo de la era de la aplicación práctica de la electricidad, que requiere condensadores fiables con propiedades específicas.
Tarros de Leyden
Marconi con dispositivo de entrega, publicado en LIFE [Public domain], a través de Wikimedia Commons Uno de esos usos prácticos fue en las bujías inalámbricas de Marconi, comenzando justo antes de 1900 y hasta la primera y segunda décadas. Los transmisores construyeron un alto voltaje para descargar a través de un espacio de chispas y, por lo tanto, utilizaron condensadores de porcelana para soportar ese voltaje. También se requería alta frecuencia. Básicamente era un lanzador de Leiden y se necesitó mucho espacio para obtener las capacidades requeridas.
Mica
En 1909, William Dubilier inventó condensadores de mica más pequeños, que luego se usaron en el lado receptor para los circuitos resonantes en hardware inalámbrico.
Los primeros condensadores de mica eran básicamente capas de mica y láminas de cobre comprimidas como los llamados "condensadores de mica fijos". Sin embargo, estos condensadores no eran muy fiables. Al ser solo láminas de mica presionadas contra láminas de metal, había espacios de aire entre la mica y las láminas. Estos espacios permitían la oxigenación y la corrosión, y significaban que la distancia entre las placas estaba sujeta a cambios, cambiando la capacidad.
En la década de 1920, se desarrollaron los condensadores de mica plateada, de modo que la mica se recubre en ambos lados con metal, eliminando los espacios de aire. Con una fina capa de metal en lugar de capas más gruesas, los condensadores también podrían encogerse. Estos fueron muy confiables. Por supuesto que no nos detuvimos ahí. La era moderna de los condensadores ha estado marcada por un avance tras otro para una historia fascinante. Vamos a ver.
Cerámica
MLCC alrededor de un microprocesador. De Elcap [CC BY-SA 3.0]En la década de 1920, la mica no era tan abundante en Alemania, por lo que experimentaron con nuevas familias de condensadores cerámicos, y encontraron que el dióxido de titanio (rutilo) tiene una dependencia de la temperatura lineal de la capacitancia para la compensación de temperatura y podría reemplazar los condensadores de mica. Se produjeron inicialmente en pequeñas cantidades y en grandes cantidades en la década de 1940. Consistían en un disco metálico en ambos lados.
Para obtener una mayor capacitancia se utilizó otra cerámica, titanato de bario, ya 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 inició el condensador cerámico multicapa (MLCC), que era más compacto y tenía una mayor capacidad. Actualmente, en 2012, se producen anualmente más de 10 ^ 12 MLC de titanato de bario.
Electrólisis de aluminio
Condensador de electrólisis
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 recibió una patente en 1897 para un condensador de aluminio electrolítico de bórax. Los primeros condensadores de electrólisis "húmedos" aparecieron brevemente en las radios en la década de 1920, pero tenían una vida útil limitada. Fueron llamados "húmedos" debido a su nivel alto de agua. Básicamente eran un recipiente con un ánodo metálico sumergido en una solución de bórax u otro electrolito disuelto en agua. El exterior del recipiente actuó como el otro plato. Estos se utilizaron en grandes centrales telefónicas para reducir la retransmisión.
La patente del antepasado moderno del condensador electrolítico fue presentada en 1925 por Samual Ruben. Insertó un electrolito similar a un gel entre el ánodo recubierto de óxido y la segunda placa, una hoja 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 ha reducido significativamente el tamaño y el precio.
En 1936, la empresa Cornell-Dubilier introdujo sus condensadores de electrólisis de aluminio, que incluían mejoras como el endurecimiento de la superficie del ánodo para aumentar la capacitancia. Hydra-Werke, una empresa de AEG, comenzó la producción en masa al mismo tiempo en Berlín, Alemania.
Después de la Segunda Guerra Mundial, el rápido desarrollo de la tecnología de la radio y la televisión condujo a mayores rendimientos, 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), temperaturas más amplias y vidas más prolongadas mediante el uso de nuevos electrolitos basados en compuestos orgánicos. Otros desarrollos desde la década de 1970 hasta la de 1990 también incluyeron flujos de salida más bajos, una mayor reducción de la ESR y temperaturas más altas.
Lo que se denominó la “plaga del condensador” ocurrió durante los años 2000 a 2005, posiblemente debido al uso de una receta robada pero sin ciertas sustancias estabilizadoras que conduzcan a fallas prematuras.
Electrólisis de tantalio
Condensador de tantalio de montaje en superficie. De Epop [Public domain], a través de Wikimedia Commons Los condensadores de electrólisis de tantalio se produjeron por primera vez para fines militares en la década de 1930. Estos utilizaron láminas de tantalio dañadas y un electrolito sólido. En la década de 1950, Bell Laboratories produjo los primeros condensadores de tantalio electrolíticos sólidos. Trituraron 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 las invenciones fundamentales, en 1954 Sprague Electric Company mejoró el proceso, produciendo los primeros condensadores electrolíticos sólidos de tantalio comercialmente viables.
En 1975 aparecieron condensadores electrolíticos con polímero de tantalio con polímeros conductores mucho más altos que reemplazaban al dióxido de manganeso, lo que conducía a una ESR más baja. NEC lanzó sus condensadores de polímero de tantalio en 1995 para SMD (dispositivos de montaje en superficie) con Sanyo después de 1997.
El mineral de tantalio está sujeto a choques de precios y dos de esos casos ocurrieron en 1980 y 2000/2001. El último choque llevó al desarrollo de condensadores electrolíticos de niobio con electrolito de dióxido de manganeso que entrega propiedades aproximadamente iguales a las de los condensadores de tantalio.
Película de polímero
Condensadores de película. Elcap [CC-BY-SA 3.0], a través de Wikimedia Commons El condensador de papel metálico fue patentado en 1900 por GF Mansbridge. La metalización se realizó recubriendo el papel con un aglutinante lleno de partículas metálicas. Estos se usaban comúnmente a principios de la década de 1900 como condensadores sueltos en telefonía (telecomunicaciones). Durante la Segunda Guerra Mundial, Bosch mejoró el proceso y los fabricó recubriendo el papel con laca y usando un depósito de metal al vacío para recubrirlo. Alrededor de 1954, Bell Labs hizo una película de laca metálica de 2,5 de espesor separada del papel, lo que resultó en condensadores mucho más pequeños. Este puede considerarse el primer condensador de una película de polímero.
La investigación sobre el plástico realizada por farmacéuticos orgánicos durante la Segunda Guerra Mundial dio como resultado esto aún más. En 1954 el primer
un condensador de mylar era uno de esos. Mylar fue una marca registrada de Dupont en 1952 y es un PET muy fuerte (tereftalato de polietileno). En 1954 se produjo un condensador de película similar de metal de 12um. En 1959, la lista incluía condensadores fabricados con polietileno, poliestireno, politetrafluoroetileno, PET y policarbonato. En 1970, las empresas eléctricas utilizaban condensadores recubiertos con película sin el papel.
Capa doble (supercondensadores)
Supercondensadores, Maxwell Technologies, Inc. [CC BY-SA 3.0], Via Wikimedia Commons Esto nos lleva al último de nuestros condensadores, y es bastante emocionante con capacitancias en las miles de actuaciones. A principios de la década de 1950, la investigación de General Electric utilizó 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 poroso", sin comprender el principio detrás de él, lo que conduce a una capacidad extremadamente alta. GE ya no se ocupó de eso.
Standard Oil of Ohio desarrolló otra versión y finalmente la autorizó en la década de 1970 a NEC, que finalmente la comercializó con el nombre comercial de supercondensador. Tenía una potencia nominal de 5,5 V y una capacidad de hasta 1F. Crecieron a 5 cm ^ 3 y se utilizaron como energía de respaldo para la memoria de la computadora.
Brian Evans Conway, profesor retirado 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. de nuevo.
Los productos y mercados crecieron lentamente con nombres de productos como Goldcaps, Dynacap y PRI Ultracapacitor, siendo este último el primer supercondensador con baja resistencia interna desarrollado en 1982 por Pinnacle Research Institute (PRI) con fines militares.
Los desarrollos relativamente recientes en el mercado incluyen capacitores de iones de litio que dopan el ánodo de carbón activado con iones de litio. Estos tienen capacitancias en miles de capacitancias (4 dígitos) alrededor de 2.7V.
Conclusión
Según sus comentarios en respuesta a nuestra publicación Historia del condensador: el año pionero, no hay escasez de uso del término condensador en lugar de condensador. Entonces, ¿de dónde viene el término condensador? Esto parece desconocido, pero el Diccionario de Inglés de Oxford cita el Glosario de Términos en Ingeniería Eléctrica (1922) BSI (¿Institución Británica de Estándares?), Que dice que un 'capacitor' es un 'término nuevo' y sugiere que se use para evitar confusiones con el vapor. 'condensador'.
A medida que esto concluye nuestra historia del capacitor, hay mucho más que estamos seguros que se pueden agregar solo en la gran cantidad de tipos de capacitores. Háganos saber a continuación si tiene alguna adición interesante que sugeriría. Y la historia, siendo solo una parte del camino del progreso, háganos saber de cualquier desarrollo actual o futuro esperado que conozca. ¿Qué dirá el escritor de La-Tecnologia después de 50 años sobre los condensadores de hoy y los próximos 50 años?
Ene. dice:
Hola, leí el artículo y me quedé con una simple pregunta. Al principio del artículo se dice sobre alu. elec "Se han utilizado en grandes centrales telefónicas para reducir la retransmisión". Así que ahora mis preguntas son ¿por qué? ¿Cómo funciona? ¿Los amontonaron en grandes pilas alrededor de los relés para formar una especie de barrera de sonido? Estoy seguro de que no, pero ¿cómo silenciar un relé con un condensador?
Conozco formas de reducir el consumo de corriente de un circuito de relé, simplemente inserte una resistencia con el relé y coloque una tapa grande a través de la resistencia. Por lo tanto, el relé tiene el poder de atraer correctamente (usando la corriente de carga de la tapa) y cuando el condensador está lleno, la resistencia toma el control y limita la corriente de retención del relé.
¿Pero al silencio? ¿Alguien sabe algún detalle?Factura dice:
Supongo que redujeron el ruido eléctrico, no acústica.
Ene. dice:
Jaja, nunca lo pensé, jaja. Estúpido yo. Estaba tan concentrado en mi mente pensando en el ruido audible de cientos de relés que cambiaban continuamente que ni siquiera me di cuenta de que podían significar ruido eléctrico.
gh0stwriter88 dice:
Quizás causó un ruido acústico ... a ambos lados de la línea telefónica.
Factura dice:
No se olvide de los condensadores de papel encerado. Estaban hechos de capas de hoja conductora y papel encerado, envueltos juntos. Se encuentran en muchos dispositivos electrónicos anteriores a la década de 1970, en lugares donde ahora usaríamos condensadores de mylar o cerámicos.
Eran grandes y tenían fugas a medida que absorbían la humedad del aire.Steven-X dice:
Cuando era pequeño, eso era lo que obtenía de las radios antiguas.
Eric Poulsen dice:
No es frecuente ver que la palabra "adsorber" se utilice de forma desenfrenada.
Michael Black dice:
Dos cosas sobre los electrolizadores.
Parece común que el principiante piense que los condensadores polarizados se especifican porque los ven en los diagramas. Pero no puedo pensar en nada que requiera condensadores polarizados. Lo que se especifica son condensadores de gran valor, y la única forma de lograrlo, o al menos en un tamaño razonable, es usar electrolitos que estén polarizados.
Lo que cambió es que los condensadores de gran valor ahora son más comunes. En los días de tubo, serían condensadores de filtro en la fuente de alimentación, posiblemente un acoplamiento de audio y un bypass de cátodo en las etapas de audición. 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 electrolitos defectuosos fue relativamente fácil, un zumbido en el sonido significaba un condensador de filtro defectuoso en la potencia, un sueño bajo probablemente significaba un condensador de cromangio de cátodo defectuoso.
Eso ha cambiado con los transistores. Baja tensión pero mayor corriente, eran de baja impedancia y para ser eficaces los condensadores tenían que ser de mayor valor. Incluso los primeros rayos de bolsillo de transistores tenían más electrolitos que el rayo de tubo equivalente. Es posible que vea un desbordamiento del motor si falla un condensador de estrangulamiento en el voltaje de suministro.
Significaba que los electrolitos habían mejorado y reducido. Tengo uno del tamaño de una caja de Coca Cola, compré en exceso hasta 1973, es de 15000 uF a unos 15 V. Puede obtener esto en un paquete mucho más pequeño en tiempos más recientes.
Empeoró después. La llegada de los suministros de intercambio significó que los electrolitos no tenían que ser tan grandes ya que operaban a una frecuencia mucho más alta que los 60Hz en la fuente de alimentación. Tanto las computadoras como otros equipos digitales tienen muchas líneas de transceptores electrolíticos sentados que son visibles. Mucho ruido de alta frecuencia. Todo esto afecta aún más a los electrolitos, invisibles durante décadas. El circuito es más complicado, un condensador defectuoso puede no ser tan obvio como hace décadas en los rayos de tubo.
Miguel
microgadgethacker dice:
Hay otra familia de condensadores que no se menciona: diodos varactores. Estos dispositivos son diodos de polarización inversa, cuya capacitancia varía según la tensión de polarización inversa aplicada. A menudo se encuentran en osciladores controlados por voltaje, especialmente en los frontales más antiguos de radio y televisión. Puede comprar un "varactor" real que tendrá funciones confiables de dispositivo a dispositivo, o puede probar casi cualquier diodo, incluso un LED. La capacitancia cruzada de cualquier diodo varía ligeramente dependiendo de la tensión de polarización inversa aplicada.
Michael Black dice:
Creo que los clasificaría como semiconductores en lugar de condensadores.
Pero sí, muchas juntas de semiconductores proporcionarán el efecto, en diversos grados. Aunque un artículo de hace décadas advirtió sobre el uso de diodos simples que tuvieran un sobre transparente. Tarareó en su VCO hasta que notó que el diodo transparente que actúa como varactor está 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, sentirlo, antes de complacer a un varactor nuevo y costoso.
Miguel
jawnhenry dice:
Diodos varactores; pero no realmente. "Leyenda urbana", ia. Realmente funciona. En realidad.
Un amigo me llamó para preguntarme si tenía límites de alta frecuencia de bajo valor (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 usualmente usa límites en ese rango (SU diseño requería límites de 15 pf y 22 pf. Por supuesto).
Para implementar una solución rápida, le sugerí que usara dos diodos de señal de alta frecuencia de partición REVERSA (1N4148, tal vez? 1N914?) En lugar de los capacitores, ya que probablemente tendrían una capacitancia en el rango que necesitaba y al voltaje que necesitaba. estaba usando.
Funcionó; y funciona.
(Nota: es muy probable que un diodo rectificador de baja frecuencia, o el 1N400X, no funcione; solo funcionará como una bola suave. Lo siento por toda la charla de alta tecnología)notarealemail dice:
"Perdón por toda la charla de alta tecnología"
¡BAH! ¡JAJAJA!PS * afectación: P
jawnhenry dice:
A los editores:
Necesita con urgencia obtener una clase superior de lector, o corre el riesgo de seguir el mismo camino que Yahoo!
Necesita seducir a los lectores que realmente saben algo, incluido el uso del idioma.notarealemail dice:
Estoy totalmente de acuerdo.
Pigo dice:
Interesante lectura. Sería bueno insertar algo sobre varios condensadores allí. Por lo que tengo entendido, fueron bastante esenciales en los primeros días de la radiodifusión.
Y, quizás un poco demasiado lejos del tema, todas las aplicaciones en las que se utiliza un condensador como elemento sensor directo también serían de interés. Ya sean sensores industriales para el control de procesos, o botones táctiles capacitivos y pantallas táctiles ...notarealemail dice:
Apoyo el olvido de un condensador variable.
Sospecho que un artículo funciona. 🙂
Me dice:
Y nuevamente recuerdo el momento en que me perdí 1500 haciendo que los gastos generales se vendieran por $ 6 USD en un sitio de exceso de Internet.
Pateándome ... otra vez ...
Steven Dufresne dice:
Ach. Son solo 500F y no sé qué tan buenos son, pero una búsqueda rápida en eBay resultó ser muy barata (menos de $ 6, envío gratis) 500F, supercondensadores de 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:5iwAAOSwuzRXdS4I
Carlos Alexanian dice:
Muy bien. Nunca supe las fechas desde que se empezaron a utilizar los distintos tipos de condensadores.
Brian Plummer dice:
Hola de nuevo a enero del comentario de 2016.
Preguntándose cómo se podrían usar los condensadores para silenciar el relé.
Sospecho que se colocaron condensadores a través de los puntos de contacto intercambiados para eliminar los arcos puntuales o las transiciones allí cuando los contactos fueron abiertos y cerrados por la bobina del relé. Los contactos están destinados a cambiar las conexiones entre líneas telefónicas. El condensador reduce los clics y clics en la línea telefónica.
