Конденсатор переменной емкости (стр. 1 из 2)

Министерство образования и науки Украины

Харьковский технический университет радиоэлектроники

Кафедра ПЭЭА

Курсовой проект

по курсу: "Элементная база"

на тему: "Конденсатор переменной емкости"

Выполнил:

Проверил:

Харьков

Содержание

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.

1. Анализ технического задания

1.1 Исходные данные

Конденсатор переменной емкости - прямоемкостной;

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 j = 180 º;

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, Сº

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 Сº;

Относительная влажность
Ср. месячное значение в наиболее теплый и влажный период и продолж. воздействия Верхнее значение
Значение Продолжительность мес.
65% при 20 Сº 12 80% при 25 Сº

Интенсивность дождя составляет - 3мм / мин.;

Плотность озона приземном слое воздуха составляет - 40 мкг / м3;

Температура +25 Сº; - 20 Сº

Механические воздействия ГОСТ 16962 - 79

Степень жесткости - Ι Ι

Вибрационные нагрузки
Диапазон частот Макс. ускорение, g Длительность удара
1 - 60 1 --
Ударные нагрузки
Многократные
-- 40 2 - 10
Одиночные
-- 20 20 - 50
Линейные нагрузки
-- 25 --

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

Диапазон частот Макс. уровен. зв. давления, дБ
50 - 100000 140

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.

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

Изменение емкости конденсатора может быть получено двумя принципиально различными способами управления - механическим и электрическим. Особенности конденсаторов с механическим управлением заключается в возможности реализации заданных законов изменения емкости при перемещении пластин; получения широкого диапазона изменения емкости и больших величин добротностей; обеспечение 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.

Конденсатор переменной емкости с механическим управлением представляет собой две системы плоских пластин; неподвижную (статор) и подвижную (ротор), расположенных таким образом, что при вращении

ротора его пластины входят в зазоры между пластинами статора.

В зависимости от угла поворота различают:

Конденсаторы с нормальным угловым диапазоном, при котором угол поворота равен 180°;

Конденсаторы с расширенным угловым диапазоном, при котором угол поворота ротора больше 180°;

Конденсаторы с уменьшенным угловым диапазоном, например равным 90°.

В зависимости от величины приложенного напряжения конденсаторы переменной емкости рассчитывают:

для электрических цепей с малым напряжением (менее 200в);

для электрических цепей с повышенным напряжением (более 200в);

для электрических цепей с большим напряжением (более 1000в);

По закону изменения емкости конденсаторы подразделяют на прямоемкостные, прямоволновые, прямочастотные и логарифмические.

По типу диэлектрика конденсаторы различают на:

конденсаторы с воздушным диэлектриком;

конденсаторы заполненные сжатым газом;

вакуумные конденсаторы;

конденсаторы с жидким диэлектриком;

конденсаторы с твердым диэлектриком.

Газонаполненные, вакуумные конденсаторы и конденсаторы с жидким диэлектриком отличаются сложностью конструкции, поэтому имеют очень ограниченное применение, преимущественно в мощном радиостроении.

По способу выполнения электрического контакта с подвижной частью конденсаторы разделяют на конденсаторы с трущимся, гибким и емкостным токосъемами.

По типам аппаратуры, в которой используются конденсаторы, они разделяются на конденсаторы для массовой радиовещательной аппаратуры и конденсаторы для профессиональной радиоаппаратуры.

По числу секций конденсаторов, одновременно изменяющих свою емкость, конденсаторы делят на односекционные и многосекционные.

Для одновременной настойки нескольких контуров применяются многосекционные конденсаторы. В зависимости от того, какие из блоков этого рода применены в аппаратуре, к схеме соединения отдельных секций предъявляют различные требования. Например, в тех случаях, когда блок конденсаторов должен быть проще и дешевле, используют схемы, в которых все роторы гальванически соединены между собой общей металлической осью. Однако при этом между отдельными секциями конденсатора возникает электрическая связь, объясняемая электрической проводимостью оси, соединяющей роторы.

В других случаях, когда существенно важно как можно больше уменьшить связь между настраиваемыми контурами, применяют блоки, у которых и статоры и роторы изолированы друг от друга, а ось соединяющая роторы, сделана из изоляционного материала.

В соответствии с техническим заданием объем конструкции конденсатора переменной емкости должен быть минимальным. Рабочее напряжение 100в, число секций - 1, закон изменения емкости - прямоемкостной.

За основу конструкции выбираем штампованный конденсатор с полукруглыми пластинами ротора.

Кроме КПЕ, плавное изменение емкости обеспечивают такие элементы, как варикапы и вариконды. Это так называемые конденсаторы переменной емкости с электрически управляемой емкостью.

Варикапы изменяют свою емкость в зависимости от приложенного обратного смещения р-n перехода. Они обладают массой полезных свойств, таких как малые размеры, высокая добротность и стабильность, но при этом обеспечивают требуемый в некоторых случаях диапазон изменения емкости, в результате чего применяются в основном в диапазоне УКВ и на более высоких частотах, а также в схемах, где не требуется большое изменение емкости.

В варикондах под действием приложенного постоянного смешения изменяется диэлектрическая проницаемость материала между обкладками. Они имеют коэффициент перекрытия по емкости от 2 до 5, но обладают низкой температурной стабильностью емкости и не обеспечивают требуемый закон ее изменения.


Copyright © MirZnanii.com 2015-2018. All rigths reserved.