Основные параметры и характеристики конденсаторов переменной емкости Конденсаторы

Основные параметры и характеристики конденсаторов переменной емкости Конденсаторы переменной емкости используются: - для настройки колебательных контуров; - изменения емкостной связи между отдельными участками электрической цепи; - балансировки емкостных мостов; - компенсации изменения или подгонки реактивного сопротивления цепи. Изменение емкости может быть достигнуто: - механическим способом; - электрическим способом вариконд варикап

Параметры и характеристики конденсаторов переменной емкости с механическим управлением 1. Постоянная времени управления подвижной системы пластин КПЕ, которая определяется временем ее перехода от одного крайнего положения к другому. 2. Точность установки емкости КПЕ, определяемое отношением где Сi – одно из возможных значений емкости, Сi – отклонение Сi от заданного значения. В реальном КПЕ 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: - прямоёмкостной; - прямоволновой; - прямочастотный; - логарифмический.

Прямоёмкостные конденсаторы применяется в качестве регулировочных, подстроечных и для настройки контуров при малом коэффициенте перекрытия диапазона. Для углового перемещения такая зависимость имеет вид С = + b Плотность настройки (изменение частоты, приходящееся на единицу линейного или углового перемещения указателя шкалы настройки) для прямоемкостных конденсаторов по диапазону настройки получается неравномерной; при малых емкостях она велика, а при больших – мала. Прямоволновые конденсаторы дают линейное изменение длины волны контура, находят применение в измерительных приборах. Емкость при этом изменяется нелинейно по закону С = ( + b)2 Прямочастотные конденсаторы дают линейное изменение частоты контура, что обеспечивает постоянную плотность настройки по диапазону, находят широкое применение в разнообразной аппаратуре. Функциональная характеристика емкости при этом имеет следующий вид:

Логарифмические конденсаторы характеризуются постоянным, в пределах диапазона, относительным изменением емкости (емкостно-логарифмические КПЕ) или частоты (частотно-логарифмические КПЕ). Функциональная зависимость для емкостно-логарифмических КПЕ имеет вид С = exp ( + b), для частотно-логарифмических КПЕ f = b exp ( ). f С 4 4 3 2 1 3 (x) Изменение емкости и частоты контура при настройке различными конденсаторами переменной емкости: 1 – прямоемкостными; 2 – прямоволновыми; 3 – прямочастотными; 4 – логарифмическими

4. Температурная стабильность КПЕ зависит от конструкции конденсатора. В большинстве случаев температурный коэффициент частоты (ТКЧ) КПЕ положителен и для конденсаторов с воздушным диэлектриком не превышает (200… 300) 10 -6 1/град. У КПЕ 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. Остаточное изменение емкости оценивается относительной величиной разности между ёмкостями до и после прогрева конденсатора ( Сi /Сi) t. Обычно величина ( Сi /Сi) t = (0, 5… 1, 0)%. 6. Добротность КПЕ определяется потерями в изоляционных элементах конструкции, а на частотах 200 -400 МГц и потерями в металлических частях электродов. Обычно величина добротности КПЕ 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 КПЕ 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. В реальных КПЕ с контактным токосъемом уровень шума достигает 2… 6 мк. В, а в некоторых случаях 10… 20 мк. В. При повышенной влажности и температуре шум возрастает в 3… 5 раз. 9. Усилие перемещения подвижной части КПЕ имеет значение для устройств, в которых изменение емкости производится с помощью специальных механизмов. Момент вращения в нормальных условиях может иметь величину (20… 500) 10 -5 к. Гм. Большие перепады температур (от – 60 до +1000 С) 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 КПЕ 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. Современные КПЕ имеют удельную объемную емкость порядка 0, 1… 8 п. Ф/см 3, а в отдельных случаях 15 п. Ф/см 3. Вес КПЕ зависит от его объема и от удельного веса материала, из которого он изготовлен. Большинство существующих конденсаторов изготавливается из алюминиевых сплавов.

Варикап (от англ. vari(able) — «переменный» , и cap(acity) - «ёмкость» ) - полупроводниковый диод, работа которого основана на зависимости барьерной ёмкости p-nперехода от обратного напряжения. Варикапы применяются в качестве элементов с электрически управляемой ёмкостью в схемах перестройки частоты колебательного контура, деления и умножения часто -ты, частотной модуляции, управляемых фазовращателей и др. При отсутствии внешнего напряжения в p-n-переходе существуют потенциальный барьер и внутреннее электрическое поле. Если к диоду приложить обратное напряжение, то высота этого потенциального барьера увеличится. Внешнее обратное напряжение отталкивает электроны в глубь n-области, в результате чего происходит расширение обеднённой области p-n-перехода, которую можно представить как простейший плоский кондесатор, в котором обкладками служат границы области. В таком случае, в соответствии с формулой для ёмкости плоского конденсатора, с ростом расстояния между обкладками (вызванной ростом значения обратного напряжения) ёмкость p-n-перехода будет уменьшаться. Это уменьшение ограничено лишь толщиной базы, далее которой переход расширяться не может. По достижении этого минимума с ростом обратного напряжения ёмкость не изменяется.

Основные параметры варикапов 1. Общая ёмкость — ёмкость, измеренная между выводами варикапа при заданном обратном напряжении. 2. Коэффициент перекрытия по ёмкости — отношение ёмкостей при двух заданных значениях обратного напряжения на варикапе. 3. Добротность - отношение реактивного сопротивления варикапа на заданной частоте к сопротивлению потерь при заданном значении ёмкости или обратного напряжения. 4. Постоянный обратный ток — постоянный ток, протекающий через варикап при заданном обратном напряжении. 5. Максимально допустимое постоянное обратное напряжение. 6. Максимально допустимая рассеиваемая мощность. Промышленностью выпускаются варикапы как в виде дискретных элементов (например, КВ 105, КВ 109, КВ 110, КВ 114, BB 148, BB 149), так и в виде варикапных сборок (например, КВС 111). http: //www. radioradar. net/hand_book/documentation/varikap. html http: //vrtp. ru/index. php? act=categories&CODE=article&article=1280 ДАЛЕЕ ВАРИКОНД

Особенности конденсаторов с механическим управлением: - 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.

Особенности конденсаторов с электрическим управлением: - 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.