4. Конденсатори змінної ємкості

Способи зміни місткості|ємкості|. Як було показано в § 7.1, конденсатором змінної місткості|ємкості| називається такий конденсатор, місткість|ємкість| якого може бути плавно змінена в процесі експлуатації апарату. З|із| (7.1) витікає, що місткість|ємкість| конденсатора можна міняти|змінювати,замінювати|, змінюючи|зраджуючи| одну з величин:, d або S.

Зміна місткості|ємкості| за рахунок зазора d не практикується, оскільки|тому що| при цьому міняється електрична міцність повітряного проміжку; крім того, стабільність місткості|ємкості| конденсатора значною мірою залежить від цього зазора.

Місткість|ємкість| конденсаторів в основному міняють|змінюють,замінюють| за рахунок зміни площі|майдану| взаємного перекриття пластин S.

У конденсаторах змінної місткості|ємкості| одну групу пластин (статор) роблять|чинять| нерухомою, а іншій групі (ротору) повідомляють обертальний рух.

Основні технічні параметри.

Кожен конденсатор змінної місткості|ємкості| на додаток до викладеного (див. § 7.2) характеризується наступними|слідуючими| параметрами:

а) номінальним значенням максимальної і мінімальної місткості|ємкості|;

б) допустимим відхиленням від номінала для максимальної і мінімальної місткості|ємкості|;

в) кутом|рогом,кутком| повороту ротора, при якому місткість|ємкість| міняється від максимального до мінімального значення;

г) законом зміни місткості|ємкості| від зміни кута|рогу,кутка| повороту ротора;

д) числом секцій (числом самостійних конденсаторів, ротори яких закріплені на одній осі).

Діелектрик для конденсатора змінної місткості|ємкості|. Повітря в порівнянні з твердими і рідкими діелектриками володіє цілим рядом|лавою,низкою| позитивних властивостей: нікчемними втратами, малою провідністю, незалежністю діелектричної проникності від частоти, малою залежністю від температури, вологості|вогкості| і тиску|тиснення|. Тому в радіоапаратобудуванні набули поширення конденсатори змінної ємності з повітряним діелектриком.

Конструктивне оформлення конденсаторів змінної місткості|ємкості|. Кожен конденсатор змінної місткості|ємкості| складається з наступних|слідуючих| основних частин|часток|: станини, осі з|із| ротором, статора, токосъемов| і підшипників, в яких закріплений ротор. Конструкція статора показана на мал. 7.6.

У конденсаторах длинно-| і середньохвильового діапазону пластини ротора всіх секцій звичайно закріплюють безпосередньо на металевій осі (мал. 7.7).

Мал. 7.7. Закріплення пластин ротора на осі:

а —на осі з|із| канавками; б, в — на гладкій осі; г—| на керамічній осі

І роторних пластини, статорів конденсаторів змінної місткості|ємкості|, виготовляють із|із| сталей| марок сталь 10 і сталь 08, латунь Л62 і Л69 і спеціальної алюмінієвої стрічки, що має товщину 0,5 мм з|із| допуском|допущенням| ±0,005 мм.

У конденсаторах УКВ| діапазону, де паразитний зв'язок між секціями за рахунок металевої осі може порушити роботу схеми, застосовують керамічні осі. В цьому випадку пластини ротора кожної секції припаюють до металевої трубки|люльки|, а готові секції кріплять|зміцнюють| на керамічній осі за допомогою клею (мал. 7.7, г).

Кріплення ротора в станині проводиться|виробляється,справляється| за допомогою шарикопідшипників (перетин ББ| на мал. 7.8).

На станині конденсатора біля|близько| кожної роторної секції встановлюють спеціальні пружини — токосъемы|, які щільно притискаються до ротора. За допомогою токосъемов| проводять|виробляють,справляють| підключення роторних секцій конденсатора до відповідних ділянок схеми апарату.

На станині конденсатора біля|близько| кожної роторної секції встановлюють спеціальні пружини — токосъемы|, які щільно притискаються до ротора. За допомогою токосъемов| проводять|виробляють,справляють| підключення роторних секцій конденсатора до відповідних ділянок схеми апарату.

Рис. 7.8. Односекционный конденсатор переменной емкости:

1 — ротор;

2 — статор;

3— станини;

4 — регулювальний гвинт кульового підп'ятника;

5 — радіально-наполегливий підшипник;

6 — стінка станини;

7 — керамічні пластини для кріплення статора;

8 — токосъем|

Максимальна і мінімальна місткість|ємкість| конденсатора.

На мал. 7.9 схематично зображений|змальований| конденсатор, у|в,біля| якого пластини ротора повністю виведені із|із| статора. Не дивлячись на те, що площа|майдан| взаємного перекриття ротора і статора рівна нулю, між ними існує деяка місткість|ємкість|, яка називається мінімальною (початкової) місткістю|ємкістю| конденсатора Cmin- Вона складається з|із| місткості|ємкості| C між пластинами статора і віссю ротора, місткості|ємкості| С2 між торцевими частинами|частками| пластини статора і ротора, місткості|ємкості| С3 між пластинами статора і станиною, а також місткості|ємкості| С4, яка утворюється в місці кріплення пластин статора до станини; остання складає звичайно 50—70 % від Cmin

При конструюванні конденсаторів змінної місткості|ємкості| Cmin прагнуть по можливості зменшити, оскільки|тому що| при цьому збільшується діапазон частот, який можна перекрити за допомогою конденсатора.

Мал. 7.10. До графоаналітичного способу розрахунку конденсаторів

Мал. 7.9. Схематичне зображення конденсатора змінної місткості|ємкості|:

/ — ротор; 2 —статор; 3 — ізолятори;

4 — станина

При повороті ротора, коли його пластини входять між пластинами статора, місткість|ємкість| конденсатора збільшується на величину, визначувану площею|майданом| взаємного перекриття пластин.

Таким чином, місткість|ємкість| конденсатора при будь-якому значенні кута|рогу,кутка| повороту може бути визначена

(7,10)

де З|із| і S — відповідно місткість|ємкість| і площа|майдан| перекриття при вугіллі повороту ротора q>; d — зазор між пластинами. Якщо S = Smax,, то C = Cmax.

Розрахунок Cmin пов'язаний з великими труднощами із-за впливу паразитних місткостей|ємкостей|.

Тому при проектуванні конденсаторів можна задаватися орієнтовними значеннями Сmin з|із| табл. 7.3, яка складена на підставі експериментальних даних.

Таблиця 7.3

Значення місткостей|ємкостей| конденсаторів змінної місткості|ємкості|

Cmax, пФ|	750— 450	450— 250	250— 150	150— 50	50— 40	35-25	20-15	До 15
Сmin, пФ|	25—12	15— 10	12-8	10-6	7—5	6,5— 3,5	5,5— 2,5	Не менше 2,5

Точність Сmax визначається в основному точністю виконання зазора d, який, у свою чергу|своєю чергою|, залежить від товщини пластин і їх взаємного розташування. Наприклад, для отримання|здобуття| Сmах з|із| точністю 2,5—5 % при зазорі 0,5 мм товщина пластин повинна бути витримана з|із| точністю 0,01—0,02 мм; при необхідності мати велику точність або при меншому зазорі для виготовлення конденсаторів застосовують пластини з|із| допуском|допущенням| по товщині близько 0,005 мм.

Форма пластин конденсатора змінної місткості|ємкості|. Форма пластин конденсатора залежить від закону зміни місткості|ємкості| при повороті ротора. У багатьох випадках закон зміни місткості|ємкості| від кута|рогу,кутка| повороту задається графічно. Тоді для розрахунку форми роторної пластини може бути застосований графоаналітичний метод.

На побудованому|спорудженому| у великому масштабі графіку С= (мал. 7.10) кут|ріг,куток| повороту ротора розбивають на т рівних ділянок (чим більше число т, тим точніші результати розрахунку, звичайно т = 1020). Для кожної ділянки знаходять|находять| відповідну йому зміну місткості|ємкості| С. Так як ділянки малі, то можна вважати|лічити|, що в межах кожної ділянки місткість|ємкість| міняється по лінійному закону, а радіус пластини не міняється.

Тоді для кожної ділянки значення радіусу пластини

(7.11)

де d — відстань між пластинами; п — число пластин; г0— радіус вирізу в пластинах, статорів (див. мал. 7.9).

Звичайно крайні пластини ротора виконують з|із| розрізами, як це показано на мал. 7.8. За рахунок подгибки| секторів, що утворилися, проводять|виробляють,справляють| коректування: усувають розбіжність|розходження| між місткістю|ємкістю| різних секцій в багато секційних конденсаторах.

Конденсатор з|із| місткостями|ємкостями| токосъемами|. У апаратурі, що працює в діапазоні 100—150 мГц| і вище, застосування|вживання| токосъема| з|із| контактом, що треться, неприпустимо|недопустимо|, оскільки|тому що| зміна величини перехідного опору в токосъеме|, а також його індуктивності впливатимуть на параметри контура. У таких конденсаторах застосовують місткість|ємкість| токосъем|.

Якщо поворот ротора можна обмежити кутом|рогом,кутком| 90°, то статор розділяють на дві ізольовані частини|частки| і одну з них використовують як токосъем| (мал. 7.11, а).

Мал. 7.11. Конденсатор з|із| місткістю|ємкістю| токосъемом|:

а — несиметричний; би — симетричний

На мал. 7.11,6 показаний ще один варіант конденсатора з|із| місткістю|ємкістю| токосъемом| (типу «метелик»).

Особливістю конструкції даного конденсатора є|з'являється,являється| симетрія місткості|ємкості| двох статорів по відношенню до землі|грунту| при будь-якому положенні|становищі| ротора.

На мал. 7.11,6 показаний ще один варіант конденсатора з|із| місткістю|ємкістю| токосъемом| (типу «метелик»).

Особливістю конструкції даного конденсатора є|з'являється,являється| симетрія місткості|ємкості| двох статорів по відношенню до землі|грунту| при будь-якому положенні|становищі| ротора.

Напівпровідникові конденсатори змінної місткості|ємкості|. Розвиток техніки

напівпровідникових приладів привів до створення|створіння| змінних

конденсаторів,які не мають рухомих|жвавих,рухливих| частин|часток|. Такий конденсатор

(«варікап») був одержаний|отриманий| на базі кремнієвого приладу з|із|

переходом р, n-типу Запираючий шар

Мал.. 7.12.Полупроводниковый конденсатор

переменной емкости

Якщо його включити в схему, як показано на мал. 7.12, то електрони, що знаходяться|перебувають| в n-області, і дірки, що знаходяться|перебувають| в p-області, йтимуть|вирушатимуть| з|із| граничного шару і в зоні, суміжній з|із| ним, рухомий|жвавий,рухливий| заряд буде відсутній: між областями з|із| провідністю р-| і n- типу утворюється замикаючий шар, який володіє властивостями діелектрика. Змінюючи|зраджуючи| величину прикладеної постійної напруги|напруження|, можна міняти|змінювати,замінювати| товщину замикаючого шару, що приведе до зміни місткості|ємкості|. Місткість|ємкість| такого приладу пропорційна|пропорціональна| (U + 0,9).

Максимальна місткість|ємкість| конденсаторів типу «варікап» звичайно складає декілька десятків пікофарад при напрузі|напруженні| на переході 4 В; при збільшенні напруги|напруження| до 40—80 В їх ємність зменшується в три-четыре| разу. Температурна стабільність місткості|ємкості| таких конденсаторів має значення порядку|ладу| (200—500) при максимальній місткості|ємкості| і (20—100) при мінімальній місткості|ємкості|; тангенс кута|рогу,кутка| втрат tg 0,03. Конденсатори цього типа мають дуже малі габарити і знаходять|находять| застосування|вживання| в схемах автоматичного підстроювання частоти, частотної модуляції і ін.

По закону зміни ємності, а отже, як наслідок, і частоти коливального контуру КПЕ поділяється на:

а) прямоємносні – коли необхідно розширити окрему частину шкали;

б) прямо хвильові – у вимірювальній техніці;

в) логарифмічні – як і прямо частотні;

г) прямочастотні – ті, що дають рівномірну щільність настройки по всьому діапазону від кута повороту (радіоприймача).

Графік залежності Графік залежності

Розрахунок КПЕ зводиться до знаходження геометричної форми роторних пластин.

4.2. Для прямочастотного конденсатора

R =

де a, b, k – коефіцієнти

a =

b =

k =

n – загальна кількість

пластин ротора і статора.

d – відстань між пластинами. r₀ – радіус вирізу статора 1(см)

Рекомендації по вибору:

1. товщина пластини 0,5...1мм;

2. d0,050,1см;

3. секція д.б. у вигляді квадрату.

Матеріал пластин – сплав алюмінію; для УКВ – ультрафарфор, стеатит;

корпус – сталевий або сплав алюмінію та магнію.

Додатковий люфт є недопустимим.

Для застереження виникнення паразитного зв’язку між сусідніми роторами секцій пропонують встановлювати екрануючі кільця, з`єднані з корпусом.

Це у випадку застосування керамічної основи.

3. Вибір конденсатора

Щоб вибрати конденсатор для певної схеми, необхідно проаналізувати умови роботи конденсатора ( величину напруги, температуру та вологість оточуючого середовища), а також вимоги, що ставляться до його параметрів.

Після цього, користуючись довідником, слід визначити номенклатуру конденсаторів, дозволених для використання в даній категорії радіоелектронної апаратури. Аналізуючи параметри цих контурів, наведені в ТУ, потрібно підібрати такий, характеристики котрого, найбільше задовольняють заданим вимогам.

Надійність конденсаторів багато в чому залежить від умов роботи. Так середній строк служби конденсатора залежить від величини прикладеної напруги

Т_{сер ,}

де А і m – коефіцієнти, що залежать від марки діелектрика та конструкції конденсатора. Паперові m = 5; керамічні m = 8;

Очевидно, що зниження V в 2 рази, приводить до збільшення сер.зм.в 32 рази.

Вплив так пов’язаний з t⁰ навколишнього середовища:

,

де C та В – коефіцієнти , що залежать від типу.(якщо паперовий , В =5000)

Зниження температури навколишнього середовища з 70 до 60⁰С збільшує середній строк служби приблизно в 3 рази.

Таким чином конденсатор слід підбирати так, щоб фактична напруга на ньому і температура навколишнього середовища були меншими граничних величин, встановлених технічними умовами.

Маркування конденсаторів.

Умовні позначення:

1-й елемент - означає групу

К - конденсатор постійної ємності;

КГ- конденсатор підстроювальний;

КП- конденсатор змінний;

2-й елемент – число, що означає різновид.

1 – вакуумний 4 – з твердим діелектриком;

2 – повітряний; 10 - керамічний;

3 - з газоподібним діелектриком; 15 - керамічний , на напругу

20 – кварцові; більшу 1600 В;

21 – скляні; 23 – склоемалеві;

22 – склокерамічні; 32 – слюдяні великої потужності;

31 – слюдяні; 41 – паперові на напругу більше 2кВ;

40 – паперові на напругу до 2кВ;42 – паперові з металевими обкладками

50 – електролітичні фольгові,

алюмінієві;

3-й елемент – порядковий номер розробки.

Маркування

На конденсаторах великого розміру позначається тип , номінальна ємність, допустимі відхилення в %, номінальна напруга, марка заводу-виробника, місяць та рік випуску. На слюдяні вказує група ТКЕ. Маркування виконується по ГОСТ11076-69.(СТСЗВ1810-79).В залежності від розмірів використовуються повні або скорочені (кодовані) позначення.

Повне позначення номінальної ємності по ГОСТ2819-67 з позначенням одиниць вимірювання.

Кодоване – складається з 3-х або 4-х знаків, включаючи 2 або 3 цифри та літеру (позначаючи множину , складової значення коду).

Для ємності в фарадах

Код – позначена кольором крапка:

Н10 – - чорний В

Н20 – - червоний Z

Н30 – - зелений D

Н50 – - синій Х

Н70 – - - Е

Н90 – - білий F