Конденсаторы с переменной емкостью
Переменный конденсатор (конденсатор переменной ёмкости, КПЕ) — конденсатор, электрическая ёмкость которого может изменяться механическим способом, либо электрически, под действием изменения приложенного к обкладкам напряжения.
Переменные конденсаторы применяются в колебательных контурах и других частотнозависимых цепях для изменения их резонансной частоты — например, во входных и цепях гетеродина радиоприёмников, в цепях коррекции амплитудно-частотных характеристик усилителей, генераторах, антенных устройствах.
Ёмкость переменных конденсаторов с механическим изменением ёмкости обычно перестраивается в пределах от единиц до нескольких десятков или сотен пикофарад.
Чаще всего в наземных устройствах изменяют емкость контура, используя воздушные переменные конденсаторы. В зависимости от угла поворота роторных пластин относительно статорных изменяется действующее значение емкости между ними. При этом варьируемой величиной является площадь пластин, а зазор и диэлектрическая постоянная остаются неизменными.
За счет выбора формы пластин КПЕ можно получить различные виды зависимости емкости от угла поворота ротора. Наиболее распространены прямочастотные, (прямоволновые) и прямоемкостные КПЕ. У прямоемкостных конденсаторов частота настройки контура, в котором используется такой конденсатор, меняется пропорционально углу поворота ротора; у прямочастотных - зависимость выбрана такой, что пропорционально углу поворота ротора изменяется резонансная частота колебательного контура, в который включен КПЕ.
На рисунке представлен двухсекционный прямочастотный конденсатор с воздушным диэлектриком, широко применяющийся в радиоприёмниках. Одна из секций включается в контур входного фильтра, вторая— в контур гетеродина. Крайние пластины каждой секции имеют надрезы; отгибая края этих пластин, можно добиться точного согласования ёмкости обеих секций в любом положении.
Конденсаторы с механическим изменением ёмкости:
с воздушным диэлектриком;
с твёрдым диэлектриком;
вакуумные;
На рисунке показан подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком и цилиндрическими пластинами: ротор движется по резьбе, «ввинчиваясь» в статор.
Конденсаторы с электрическим изменением емкости (конденсаторы специального назначения):
Конденсаторы специального назначения – это вариконды и варикапы.
Вариконды представляют собой сегнетокерамические конденсаторы, которые используются для управления параметрами электрических цепей, например в умножителях частоты.
Вариконд [англ. varicond, от vari(able) – переменный и cond(enser) – конденсатор], сегнетокерамический конденсатор с резко выраженной нелинейной зависимостью емкости от напряженности электрического поля (вариконд с электрическим управлением емкостью) или от температуры (температурночувствительный вариконд). Для изготовления варикондов используют несколько видов сегнетокерамики на основе титаната бария, обладающего спонтанной поляризацией в рабочем интервале температур; коэффициент нелинейности, оцениваемый, отношением максимальной диэлектрической проницаемости к минимальной при наложении управляющего поля смещения, достигает 15.. По конструкции различают дисковые, пластиночные и пленочные (СВЧ) вариконды. Такие конденсаторы характеризуются высокой механической прочностью, долговечностью, устойчивы к вибрациям и действия влаги. Основной недостаток – временная и температурная нестабильность параметров. Применяются в устройствах автоматики и СВЧ техники, электронных часах с термокомпенсацией, медицинских приборах и др.
В варикапах используется изменение ширины базы p-n-перехода при подаче переменного модулирующего напряжения и постоянном запирающем напряжении (порядка 4 В). В этом случае p-n-переход представляет собой конденсатор малой емкости (несколько десятков пикофарад) с возможными пределами ее изменения на несколько единиц пикофарад при амплитуде модулирующего напряжения в несколько десятых вольта. Варикапы используются для частотной модуляции в диапазоне УКВ, а также для автоподстройки.
Для создания конденсаторов в монокристалле полупроводниковых ИС используют емкости p-n-переходов. Однако такие конденсаторы имеют ограниченный диапазон емкостей (20 – 200 пФ), низкую температурную стабильность (10 1/°С) и значительный технологический разброс параметров ( ±30%).
В настоящее время разработан особый класс конденсаторов – ионисторы. Иногда их еще называют суперконденсаторами или золотыми конденсаторами, не потому, что там есть золото. Сам принцип работы ионистора ценее, чем золото. Для того, чтобы получить максимальную емкость необходимо использовать очень тонкий слой диэлектрика или увеличить площадь металлических пластин Так как без конца увеличивать площадь обкладок очень затратно, разработчики решили уменьшить слой диэлектрика. Так как диэлектрический слой между обкладками ионистора составляет 5-10 нанометров, емкость таких конденсаторов может достигать до десятка фарад. Ионисторы выглядят, как обычные таблетки, а также могут выглядеть как цилиндрические конденсаторы. Для того, чтобы различить их от конденсаторов, достаточно взглянуть на емкость, которая на них указана. Если там единицы Фарад, то это однозначно ионистор!
В настоящее время ионисторы стали очень широко применяться в электронике и электротехнике. Они заменяют маленькие батарейки с малым напряжением, потому что ионистор конструктивно пока что не могут сделать на напряжение более нескольких Вольт. Но можно соединить их последовательно и набрать нужное напряжение. Они также очень быстро заряжаются, так как их сопротивление ограничено только их выводами. А исходя из закона Ома, чем меньше сопротивление проводника, тем большая сила тока течет по нему и, следовательно, тем быстрее заряжается ионистор. Заряжать и разряжать ионисторы можно почти бесконечно.
SMD конденсаторы
SMD компоненты (чип-компоненты) — это компоненты электронной схемы, нанесённые на печатную плату с использованием технологии монтирования на поверхность — SMT технологии (англ. surface mount technology).Т.е все электронные элементы, которые «закреплены» на плате таким способом, носят название SMD компонентов (англ. surface mounted device).
SMD монтаж имеет неоспоримые преимущества:
- радиодетали дёшевы в производстве и могут быть сколь угодно миниатюрны;
- печатные платы также обходятся дешевле из-за отсутствия операции сверления;- монтаж легко автоматизировать: установку и пайку компонентов производят специальные роботы. Также отсутствует такая технологическая операция, как обрезка выводов.
SMD конденсаторы – это керамические конденсаторы, которые построены по принципу бутерброда.
Строение SMD конденсатора
Они используются в микроэлектронике, так как обладают крошечными размерами и удобны в плане промышленного производства с помощью роботов, которые автоматически расставляют SMD компоненты на плату. Такой тип конденсаторов вы без труда можете найти на платах своих мобильных телефонов, на материнских платах компьютеров, а также в современных гаджетах.
Условное обозначение конденсаторов на электрических схемах:
Условное обозначение вариконда.
Условное обозначение варикапа.
Последовательное соединение конденсаторов
Последовательно соединение конденсаторов позволяет подать на их обкладки большее напряжение, чем на отдельный накопитель. Напряжение на пластинках распределяется в зависимости от емкости элемента.
Если два накопителя обладают одинаковой емкостью, то подведенное напряжение распределяется поровну между ними. Однако суммарная емкость будет в два раза меньше отдельного накопителя.
В общем случае, следует помнить такое правило: при последовательном соединении конденсаторов вместе они способны выдержать большее напряжение, но за это приходится расплачиваться снижением емкости.
Параллельное соединение конденсаторов
Такой способ соединения наиболее распространен в практическом применении, поскольку не всегда хватает емкости одного накопителя особенно в электрических фильтрах качественных блоков питания. Параллельное соединение конденсаторов реализует суммирование емкостей отдельных накопителей. Это довольно просто запомнить, опираясь на приведенную выше формулу, из которой видно, что с увеличением площади пластин повышается емкость. Поэтому при параллельном соединении конденсаторов происходит как бы увеличение площади обкладок, благодаря чему они способны накопить большее число электрических зарядов.
