Переменные конденсаторы на схемах

Известно, что электрическая емкость конденсатора определяется диэлектрической проницаемостью материала диэлектрика, величиной площади пластин электродов и расстоянием между ними.

Изменение емкости может быть достигнуто электрическим способом при использовании в качестве диэлектрика материала, диэлектрическая проницаемость которого зависит от приложенного к обкладкам напряжения (вариконд). В качестве переменного конденсатора можно использовать емкость p-n перехода специального кристаллического полупроводникового диода (варикап).

Изменение емкости можно получить механическим способом изменяя площадь перекрытия пластин, расстояние между пластинами, вводя или удаляя твердый диэлектрик между обкладками.

Конструкция конденсаторов переменной емкости с механическим управлением представляют собой две системы пластин подвижную (статор) и неподвижную (ротор), расположенных таким образом, что при вращении ротора его пластины входят в зазоры между пластинами статора. Контакт с пластинами ротора достигается с помощью специальной детали в виде плоской пружины между буртиком металлической оси и корпусом. Существует разновидность переменного конденсатора, в котором изменение емкости между подвижной частью и неподвижной осуществляется путем поступательного перемещения пластин цилиндрической формы (электроды в виде коаксиальных цилиндров). Такие конденсаторы применяются в высокочастотных коротковолновых колебательных контурах задающих генераторов или гетеродинов приемников.

Переменные конденсаторы с механическим управлением особенности

Возможность реализации заданных законов изменения емкости при перемещении пластин; возможность получения широкого диапазона изменения емкости и больших величин добротностей возможности обеспечения больших рабочих напряжений и малых значений температурного коэффициента емкости (ТКЕ) независимости величины емкости от приложенного напряжения сравнительно большом времени, необходимом для изменения емкости зависимости величины емкости от влажности и внешних механических воздействий относительной сложности конструкции и больших габаритах.

большую сложность или невозможность обеспечения высокой точности заданных законов изменения емкости от управляющего воздействия; ограниченная область значений емкостей и диапазона их изменений; ограниченность рабочих напряжений (для варикапов); низкие добротности; малое время, требующееся для изменения емкости при перестройке (менее миллисекунды) малая зависимость величины емкости от влажности и внешних воздействий; небольшие величины ТКЕ; невысокая температурная стабильность; относительная простота конструкции и малые габаритные размеры

Основными параметрами конденсаторов переменной емкостиявляются:

1. Постоянная времени управления подвижной системы пластин, которая определяется временем ее перехода от одного крайнего положения к другому.

2. Точность установки емкости, определяемое отношением Сi/ Сi, где Сi одно из возможных значений емкости, Сi отклонение Сi от заданного значения. В реальном КПЕ Сi/ Сi = (0,05:0,10)%

3. Закон изменения емкости определяет характер изменения емкости в зависимости от угла поворота или от линейного перемещения подвижной части пластин конденсатора по отношению к неподвижной, например, прямоёмкостной закон изменения емкости, прямоволновой, прямочастотный, логарифмический.

4. Температурная стабильность переменных конденсаторов зависит от конструкции конденсатора. В большинстве случаев температурный коэффициент частоты (ТКЧ) положителен и для конденсаторов с воздушным диэлектриком не превышает (200:300) 10-6 1/град. У переменных конденсаторов с твердым или комбинированным диэлектриком ТКЕ превышает указанное значение.

5. Цикличность ТКЕ характеризуется повторяемостью его значений при многократных нагреваниях и охлаждениях конденсатора. Причинами нецикличности являются внутренние механические напряжения в элементах конструкции конденсатора.

6. Добротность конденсаторов переменной емкости определяется потерями в изоляционных элементах конструкции, а на частотах 200-400 МГц и потерями в металлических частях электродов. Обычно величина добротности находится в пределах от 500 до 5000.

Добротность конденсатора меняется при изменении положения подвижных электродов. Изменение составляет от 4 до 6 раз.

Добротность также меняется при изменении влажности и температуры. Суммарное влияние влажности и температуры приводит к изменению добротности от 2 до 15 раз.

7. Величина рабочего напряжения выбирается обычно (0,6:0,75)Uпр .

Величина пробивного напряжения Uпр зависит от величины воздушного промежутка, давления воздуха и влажности, а также формы электродов.

8. Сопротивление переходных контактов токосъемов> определяется их конструкцией, используемыми материалами, характером их поверхностей и контактным нажатием. Величина переходного сопротивления обычно составляет 0,01:0,02 Ом.

Необходимо учитывать степень изменения переходного сопротивления переменных конденсаторов, возникающего в процессе вращения ротора конденсатора и определяющего уровень электрического шума в колебательном контуре. В реальных КПЕ с контактным токосъемом уровень шума достигает 2:6 мкВ, а в некоторых случаях 10:20 мкВ. При повышенной влажности и температуре шум возрастает в 3:5 раз.

9. Усилие перемещения подвижной части переменного конденсатора имеет значение для устройств, в которых изменение емкости производится с помощью специальных механизмов. Момент вращения в нормальных условиях может иметь величину (20:500) 10-5кГм.

Большие перепады температур (от -60 до +1000С) вызывают существенное изменение зазоров в сопряжениях подвижной части КПЕ и изменение вязкости смазки. В результате этого усилие может меняться в 2:4 раза.

10. Устойчивость параметров переменных конденсаторов при механических воздействиях и под действием влажности определяется конструкцией конденсатора.

Под действием ударов и вибраций конструктивные элементы конденсатора могут смещаться или колебаться с собственной механической частотой. Взаимные смещения отдельных элементов конструкции приводят к необратимым изменениям параметров конденсатора. При сильных ударах могут наблюдаться разрушения в местах соединения элементов конструкций. Керамические оси или изоляторы при ударах и больших вибрациях могут разрушаться.

11. Габариты и вес имеют особое значение для специальной малогабаритной аппаратуры. При заданной величине емкости уменьшить габариты конденсатора можно только за счет уменьшения расстояния между пластинами и увеличения диэлектрической проницаемости диэлектрика, находящегося между пластинами