Расчет прямоемкостного конденсатора

Содержание

Введение

1. Анализ технического задания

1.1  Исходные данные

1.2  Выбор конструкции КПЕ

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

3. Расчет конструкции и необходимых деталей

3.1 Выбор числа и геометрических размеров пластин

3.2 Определение формы и размеров пластин

3.3 Вычисление температурного коэффициента емкости

3.4 Расчет контактной пружины

Заключение

Паспорт

Список использованной литературы

Приложения

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 конструкторско – 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 10⁹ 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

1.  Максимальная емкость Смах = 140пФ;

2.  Минимальная емкость Смin = 8пФ;

3. Рабочее напряжение Uраб = 24 В;

4. Зависимость емкости от угла поворота ротора – прямоемкостная;

5.  Количество секций – 2;

6.  Программа выпуска 15000 шт./год

1.2  Выбор конструкции КПЕ

Так как в ТЗ предъявляются требования к обеспечению габаритных минимальных размеров конденсатора переменной емкости, то мы применяем твердый диэлектрик. Конденсаторы с твердым диэлектриком проще в изготовлении, имеют большую удельную емкость, но обладают низкой точностью и стабильностью, и поэтому применяются в качестве регулировочных в малогабаритных приемниках широкого применения.

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

Изменение емкости конденсатора может быть получено двумя принципиально различными способами управления – механическим и електрическим. 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 и специальные.

По типу применяемого диэлектрика конденсаторы подразделяют на:

·  конденсаторы с воздушным диэлектриком;

·  конденсаторы с твердым диэлектриком;

·  вакуумные конденсаторы;

·  конденсаторы с жидким диэлектриком;

·  газонаполненные конденсаторы.

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 со следующим типом токосъемов: со скользящим контактом, с гибким соединением и емкостными токосьемами.

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 24В, число секций – 2, 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 не 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.

3. Расчет конструкции и необходимых деталей

3.1 Выбор числа и геометрического размера пластин

Суммарное число пластин конденсатора выбирается с учётом того, что суммарная длинна секции должна быть приближённо равна радиусу пластины ротора. Выбираю суммарное количество пластин N ротора и статора равное 7.

Величина зазора d выбирается исходя из размеров конденсаторов, требуемой точности, необходимой стабильности и электрической прочности и производственно – технологических соображений. Чем больше зазор, тем выше электрическая прочность, стабильность, надежность и точность закона изменения емкости. Следует также учесть, что при увеличении зазора увеличивается объем конденсатора.

Так как необходимо обеспечить минимальные габаритные размеры конденсатора, я выбираю зазор порядка 0,2 мм.