Устройство конденсатора переменной емкости

Устройство конденсатора переменной емкости

Переме́нный конденса́торонденсатор 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 частотозависимых 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.

Содержание

История [ править | править код ]

Переменный конденсатор с воздушным диэлектриком изобрёл венгерский инженер Дежо Корда (Dezső Korda). В 1893 г. он получил немецкий патент на своё изобретение [1] .

Классификация [ править | править код ]

По назначению переменные конденсаторы подразделяются на предназначенные для частой перестройки в процессе эксплуатации (например, для настройки приёмника или передатчика), и подстроечные (триммеры, в советской литературе до 1950-х гг. назывались также полупеременными), которые регулируются относительно редко, только при наладке аппаратуры. Подстроечные конденсаторы проще по устройству (в них нет необходимости применять качественные подшипники и т. п.) и обычно имеют более узкий диапазон изменения ёмкости. Иногда они снабжены устройством, позволяющим зафиксировать ротор после настройки (например, цанговым зажимом).

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 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.

Очень распространены блоки КПЕ, состоящие из двух, трёх и более секций с одинаковым или разным диапазоном ёмкостей, установленных на одном валу — секционные конденсаторы переменной ёмкости. Они применяются для согласованной перестройки нескольких колебательных контуров одним органом управления, например, контуров входного фильтра, фильтра усилителя высокой частоты и гетеродина в радиоприёмнике. Нередко в такой блок конструктивно встраиваются и несколько подстроечных конденсаторов для точной подгонки ёмкостей отдельных секций.

  • Конденсаторы с механическим изменением ёмкости:
  • с воздушным диэлектриком;
  • с твёрдым диэлектриком;
  • вакуумные;
  • Конденсаторы с электрическим изменением ёмкости:
    • вариконды;
    • варикапы.
    • Дата публикации: 12 марта 2015 .
      Категория: Электротехника.

      Сообщение электрического разряда проводнику называется электризацией. Чем больший заряд принял проводник, тем больше его электризация, или, иначе говоря, тем выше его электрический потенциал.

      Между количеством электричества и потенциалом данного уединенного проводника существует линейная зависимость: отношение заряда проводника к его потенциалу есть величина постоянная:

      Для какого-либо другого проводника отношение заряда к потенциалу есть также величина постоянная, но отличная от этого отношения для первого проводника.

      Одной из причин, влияющих на эту разницу, являются размеры самого проводника. Один и тот же заряд, сообщенный различным проводникам, может создать различные потенциалы. Чтобы повысить потенциал какого-либо проводника на одну единицу потенциала, необходим определенный заряд.

      Электрическая емкость и ее единица измерения

      Свойство проводящих тел накапливать и удерживать электрический заряд, измеряемое отношением заряда уединенного проводника к его потенциалу, называется электрической емкостью, или просто емкостью, и обозначается буквой С.

      Приведенная формула электрической емкости позволяет установить единицу электрической емкости.

      Практически заряд измеряется в кулонах, потенциал в вольтах, а емкость в фарадах:

      Емкостью в 1 фараду обладает проводник, которому сообщают заряд в 1 кулон и при этом потенциал проводника увеличивается на 1 вольт.

      Единица измерения электрической емкости – фарада (обозначается ф или F) очень велика. Поэтому чаще пользуются более мелкими единицами – микрофарадой (мкф или μF), составляющей миллионную часть фарады:

      Читайте также:  Калла цветная уход в домашних условиях

      и пикофарадой (пф), составляющей миллионную часть микрофарады:

      Найдем выражение практической единицы – фарады в абсолютных единицах:

      Электрический конденсатор

      Устройство, предназначенное для накопления электрических зарядов, называется электрическим конденсатором.

      Рисунок 1. Модель простейшего конденсатора

      Конденсатор состоит из двух металлических пластин (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Чтобы зарядить конденсатор, нужно его обкладки соединить с полюсами электрической машины. Разноименные заряды, скопившиеся на обкладках конденсатора, связаны между собой электрическим полем. Близко расположенные пластины конденсатора, влияя одна на другую, позволяют получить на обкладках большой электрический заряд при относительно невысокой разности потенциалов между обкладками. Электрическая емкость конденсатора есть отношение заряда конденсатора к разности потенциалов между его обкладками:

      Как показывают измерения, емкость конденсатора увеличится, если увеличить поверхность обкладок или приблизить их одну к другой. На емкость конденсатора оказывает влияние также материал диэлектрика. Чем больше электрическая проницаемость диэлектрика, тем больше емкость конденсатора по сравнению с емкостью того же конденсатора, диэлектриком в котором служит пустота (воздух). Выбирая диэлектрик для конденсатора, нужно стремиться к тому, чтобы диэлектрик обладал большой электрической прочностью (хорошими изолирующими качествами). Плохой диэлектрик приводит к пробою его и разряду конденсатора. Несовершенный диэлектрик повлечет за собой утечку тока через него и постепенный разряд конденсатора.

      Длинные линии передачи высокого напряжения можно рассматривать как своеобразные обкладки конденсатора. Емкость провода нужно рассматривать не только относительно другого провода, но также относительно земли, стен помещений и окружающих предметов. Значительной емкостью обладают подводные и подземные кабели ввиду близкого расположения токоведущих жил между собой.

      Конденсатор постоянной емкости

      Конденсаторы, емкость которых изменять нельзя, называются конденсаторами постоянной емкости.

      Наиболее распространенные в настоящее время конденсаторы постоянной емкости состоят из очень тонких металлических (станиолевых) листов с парафинированной бумажной или слюдяной прослойкой между ними.

      Для увеличения емкости (увеличения площади пластин конденсатора) чаще всего берут по нескольку станиолевых листов и соединяют их в две группы, входящие одна в другую и разделенные диэлектриком, как схематически показано на рисунке 2. Иногда также берут две длинные станиолевые пластины, прокладывают между ними и снаружи парафинированную бумагу и затем свертывают все в компактный пакет или трубку. Конденсаторы большой емкости во многих случаях помещают в металлическую коробку и заливают парафином.

      Рисунок 3. Внешний вид современных конденсаторов постоянной емкости

      Определим емкость плоского конденсатора. Возьмем произвольную замкнутую поверхность вокруг одной из пластин конденсатора. Тогда по теореме Гаусса поток вектора напряженности, проходящий через любую замкнутую поверхность, внутри которой находится электрический заряд, равен:

      (1)

      Предполагая, что поле конденсатора однородно (пренебрегая искажением поля у краев пластин), получаем напряженность электрического поля в конденсаторе:

      (2)

      где d – расстояние между пластинами или толщина диэлектрика. Подставив значение E из формулы (2) в формулу (1), получим:

      то выражение емкости плоского конденсатора примет вид:

      где S – площадь пластин в м²; d – толщина диэлектрика в м; ε – относительная электрическая проницаемость диэлектрика (диэлектрическая проницаемость).

      Таким образом, для увеличения емкости плоского конденсатора нужно увеличить площадь его пластин (обкладок) S, уменьшить расстояние между ними d и в качестве диэлектрика поставить материал с большой относительной электрической проницаемостью (ε).

      Видео об устройстве конденсатора постоянной емкости:

      Конденсатор переменной емкости

      Конденсаторы, емкость которых можно менять, называются конденсаторами переменной емкости.

      Наиболее простой конденсатор переменной емкости имеет несколько (реже один) медных или алюминиевых полудисков, соединенных между собой электрически и укрепленных неподвижно. Другой ряд таких же полудисков собран на общей оси. При повороте этой оси каждый из укрепленных на ней полудисков входит меду двумя неподвижными полудисками. Поворачивая ось и меняя таким образом взаимное расположение подвижных и неподвижных полудисков, мы можем менять емкость конденсатора. На рисунке 3 показана схема устройства и на рисунке 4 – общий вид воздушного конденсатора переменной емкости.

      Читайте также:  Как готовить кальмары рецепты сколько варить кальмар

      Рисунок 3. Схема устройства конденсатора переменной емкости

      Рисунок 4. Общий вид конденсатора переменной емкости

      Видео об устройстве серийного конденсатора переменной емкости:

      Видео о том, как можно сделать самодельный конденсатор переменной емкости своими руками:

      Электролитические конденсаторы

      В радиотехнике применяются также электролитические конденсаторы. Эти конденсаторы изготовляются двух типов: жидкостные и сухие. В обоих типах конденсаторов употребляется оксидированный алюминий. Путем специальной электрохимической обработки на поверхности алюминия получают тонкий (порядка нескольких десятков микрон) слой оксида алюминия Al2O3, представляющий так называемую оксидную изоляцию алюминия. Оксидная изоляция обладает электроизолирующими свойствами, а также является механически прочной, нагревостойкой, но гигроскопичной.

      В жидкостных электролитических конденсаторах алюминиевую оксидированную пластину помещают внутрь металлического корпуса, который служит второй пластиной. В корпус заливают электролит, состоящий из раствора борной кислоты с некоторыми примесями.

      Сухие электролитические конденсаторы изготовляют путем сворачивания трех лент. Одна лента представляет собой алюминиевую оксидированную фольгу (тонко раскатанный лист металла). Другой пластиной является лента из алюминиевой фольги. Между двумя металлическими лентами помещается бумажная или марлевая лента, пропитанная вязким электролитом. Плотно свернутые ленты помещаются в алюминиевый корпус и заливаются битумом. Тонкий оксидный изолирующий слой с высокой электрической проницаемостью (ε = 9) позволяет получить дешевые конденсаторы с большой удельной емкостью.

      Видео об устройстве электролитического конденсатора:

      Параллельное соединение конденсаторов

      Когда емкость конденсатора мала, то соединяют несколько конденсаторов параллельно (рисунок 5).

      При параллельном соединении конденсаторов напряжение на обкладках каждого конденсатора одно и то же. Поэтому можно написать:

      Количество электричества (заряд) каждого конденсатора:

      Общий заряд батареи конденсаторов:

      Обозначая емкость батареи конденсаторов через C, получаем:

      или окончательно формула емкости при параллельном соединении конденсаторов примет вид:

      Следовательно, при параллельном соединении конденсаторов общая емкость равна сумме емкостей отдельных конденсаторов. При параллельном соединении каждый конденсатор окажется включенным на полное напряжение сети.

      Последовательное соединение конденсаторов

      Рассмотрим последовательное соединение конденсаторов (рисунок 6).

      Если левая обкладка первого конденсатора заряжена положительно (+), то вследствие электростатической индукции правая обкладка этого конденсатора получит отрицательный заряд (–), перешедший с левой обкладки второго конденсатора, которая сама зарядится положительно, и так далее. Значит, при последовательном соединении каждый конденсатор независимо от величины его емкости получит один и тот же заряд, то есть

      Напряжение, приложенное ко всей батареи конденсаторов, равно сумме напряжений на обкладках каждого конденсатора:

      для всей батареи

      теперь можно написать

      или, сокращая на q, получим окончательно, что емкость конденсаторов при последовательном соединении равна:

      Таким образом, при последовательном соединении конденсаторов обратная величина общей емкости равна сумме обратных величин емкостей отдельных конденсаторов. Каждый из конденсаторов включен на меньшее напряжение, чем напряжение сети.

      Конденсаторы широко применяются в радиотехнике, рентгенотехнике, высокочастотной промышленной электротехнике, для увеличения коэффициента мощности электроустановок и так далее.

      Источник: Кузнецов М.И., "Основы электротехники" — 9-е издание, исправленное — Москва: Высшая школа, 1964 — 560с.

      Устройства для обработки больших массивов информации с помощью интеграции различных физических эффектов. Варианты конструкций конденсаторов переменной емкости, их применение и выбор направления проектирования. Электрический и конструкторский расчеты.

      Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
      Вид курсовая работа
      Язык русский
      Дата добавления 14.03.2010
      Размер файла 35,1 K

      Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

      Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

      Читайте также:  Покрашенные ванные комнаты дизайн фото

      Министерство образования и науки Украины

      Харьковский технический университет радиоэлектроники

      по курсу: "Элементная база"

      на тему: "Конденсатор переменной емкости"

        Введение
      • 1. Анализ технического задания
      • 1.1 Исходные данные
      • 2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
      • 3. Электрический и конструкторский расчеты
      • Заключение
      • Список литературы

      Введение

      Функциональная электроника — это новое перспективное направление в современной электронной базе РЭС. Устройства функциональной электроники основаны на использовании динамических неоднородностей и физических принципов интеграции. Это отличает их от транзисторов, диодов, интегральных схем и других элементов РЭС, работа которых основана на статических неоднородностях и конструкторской — технологической интеграции. В настоящее время стоит вопрос о создании устройств, в качестве основных носителей информации, в которых будут использованы всевозможные виды динамических неоднородностей, т.е. устройства для обработки больших массивов информации с помощью интеграции различных физических эффектов.

      Из всего многообразия РЭС в большинстве случаев возникает необходимость в элементах, способных изменять свою емкость в зависимости от какого — то внешнего параметра. Наиболее часто изменение емкости необходимо для изменения резонансной частоты контура, в состав которого входит элемент. Существует несколько типов таких, элементов, одним из которых является конденсатор переменной емкости (КПЕ), рассматриваемый в данной работе.

      Электрические конденсаторы являются одним из наиболее массовых элементов РЭС. В СНГ их выпускается до 11 млн. штук в год (в мире выпуск достигает 10 штук в год). Применимость конденсаторов объясняется достаточно широкими функциональными возможностями как элементов колебательных контуров и фильтрующих, разделительных пусковых, помехоподавляющих, блокировочных цепей и т.д.

      Максимальная емкость Смах = 150пФ;

      Минимальная емкость Смin = 8пФ;

      4. Температурный коэффициент емкости ТКЕ = 10 -5 1 /град;

      Рабочее напряжение Uраб = 100 в;

      Количество секций — 1;

      Угол поворота подвижной системы = 180 є;

      Диаметр оси dоси = 6мм;

      УХЛ 4.1 ГОСТ 15150 — 69;

      Условия эксплуатации 2ст. ж; ГОСТ 16962 — 79

      Программа 10 6 шт/год.

      Значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации и испытаниях УХЛ 4.1 ГОСТ 15150 — 69

      Исполнение изделий — УХЛ; Категория изделий — 4.1

      Значения температуры воздуха при эксплуатации, Сє

      Рабочие

      Верхнее значение + 25; Нижнее значение + 10; Среднее значение + 20

      Предельные рабочие

      Верхнее значение + 40; Нижнее значение + 1

      Величина изменения температуры окружающего воздуха за 3ч. — 40 Сє;

      Ср. месячное значение в наиболее теплый и влажный период и продолж. воздействия

      Интенсивность дождя составляет — 3мм / мин.;

      Плотность озона приземном слое воздуха составляет — 40 мкг / м 3 ;

      Температура +25 Сє; — 20 Сє

      Механические воздействия ГОСТ 16962 — 79

      Степень жесткости — Й Й

      Макс. ускорение, g

      Для изделий, предназначенных для работы в условиях воздействия акустического шума, значения характеристик акустического шума:

      Макс. уровен. зв. давления, дБ

      Температура воздуха или другого газа при транспортировании и хранении:

      Верхнее значение + 60 С; нижнее значение — 60 С

      Пониженное атмосферное давление мм. рт. ст. — 400;

      Повышенное давление воздуха или другого газа, кгс / см — 3;

      Относительная влажность: 98% при 25 С и более низких температурах без конденсации влаги.

      Выбор конструкции КПЕ

      В ТЗ не оговорены требования к габаритам и массе предложенного к разработке КПЕ. Об отсутствии жестких требований к этим параметрам говорит и место его установки — стационарная аппаратура. В связи с этим можно применить воздух в качестве диэлектрика, что позволяет сконструировать конденсатор с более высокими качественными показателями по сравнению с конденсаторами с твердым диэлектриком.

      Дальше будут рассмотрены разнообразные варианты конструкций КПЕ и выбраны наиболее подходящие для получения оговоренных в ТЗ характеристик.

      Ссылка на основную публикацию
      Adblock detector