Подстроечные конденсаторы

Для точной настройки контуров в процессе производства и эксплуатации РЭА применяются подстроечные конденсаторы, с помощью которых компенсируется разброс параметров контура. В отличие от переменных подстроечные конденсаторы имеют относительно небольшое изменение емкости. После подстройки РЭА подвижная часть конденсатора фиксируется простейшими стопорными устройствами или воском.

Подстроечные конденсаторы характеризуются теми же параметрами что и переменные. Однако к ним предъявляются и ряд специфических требований: стабильность емкости в зафиксированном положении, высокая надежность такой фиксации, плавность установки емкости.

Подстроечные конденсаторы бывают с воздушным и твердым диэлектриком. Конструкция воздушных подстроечных конденсаторов с вращающимся ротором подобна аналогичной конструкции переменных конденсаторов, но ротор укорачивается и на его конце делается прорезь (шлиц) для вращения ротора (см. рис.2.5).

Наибольшее применение получили дисковые керамические подстроечные конденсаторы с вращающимся ротором в виде диска (рис.2.6). Такие конденсаторы состоят из сплошного керамического статора и дискообразного ротора. На поверхности статора и ротора наносится металлическая пленка серебра в виде полуокружности. Диэлектриком является титановая керамика с высокой диэлектрической проницаемостью и воздушная прослойка между ротором и статором. Недостатком таких конденсаторов является изменение емкости при давлении на ротор и большой разброс ТКЕ. Однако такие подстроечные конденсаторы имеют малые габариты и низкую стоимость.

Система обозначений подстроечных конденсаторов соответствует принятой для постоянных конденсаторов, которая описана в разделе 2.2.2, и состоит из двух букв КТ (конденсатор подстроечный), цифры, обозначающей тип диэлектрика согласно табл.2.4, и числа, обозначающего порядковый номер разработки конденсатора.

Например: КТ4-21 2,0/10 – конденсатор подстроечный с керамическим диэлектриком, порядковый номер разработки 21, минимальная емкость 2 пФ, максимальная емкость 10 пФ.

До действующей системы обозначений подстроечные конденсаторы обозначались набором от двух до четырех букв, которые отражали тип диэлектрика и его конструктивные особенности.

Например: КПК-МТ – конденсатор подстроечный керамический малогабаритный термостойкий.

1. Вариконды

Вариконды это конденсаторы, емкость которых резко меняется в зависимости от приложенного напряжения. Этот эффект достигается применением в качестве диэлектрика сегнетокерамики на основе титанатов бария и стронция. Поскольку в сегнетоэлектриках зависимость вектора электрического смещения от напряженности приложенного поля нелинейная, то это вызывает зависимость диэлектрической проницаемости от величины приложенного электрического поля (рис.2.7).

Основными параметрами варикондов являются следующие параметры:

Номинальная емкость – это емкость, которая измеряется при напряжении переменного тока 5 В с частотой 50 Гц или при напряжении переменного тока 1,5…2 В частотой 1000 Гц. Условия измерения номинальной емкости зависят от типа вариконда. Номинальная емкость указывается на корпусе вариконда. Промежуточные значения номинальной емкости варисторов соответствуют рядам Е6 и Е12.

Коэффициент нелинейности по напряжению переменного тока – он показывает во сколько раз увеличивается емкость вариконда при изменении напряжения переменного тока частотой 50 Гц от 5 В до величины напряжения, при которой достигается максимальное значение емкости.

Коэффициент управления по постоянному напряжению – это коэффициент, который показывает во сколько раз уменьшается емкость вариконда при изменении постоянного напряжения от 0 до 200 В.

Конструкция варикондов соответствует конструкции постоянных конденсаторов с объемным диэлектриком – дисковая или стержневая (рис.2.8).

Вариконды широко применяются для оперативной подстройки резонансных контуров с помощью электрического управления.

Система обозначений вариконда соответствует принятой для постоянных конденсаторов, которая описана в разделе 2.2.2, и состоит из двух букв КН (конденсатор нелинейный), цифры, обозначающей тип диэлектрика согласно табл.2.4, и числа, обозначающего порядковый номер разработки вариконда.

Например: КН1-5 4,7 пФ – конденсатор нелинейный вариконд, порядковый номер разработки 5, номинальная емкость 4,7 пФ.

До действующей системы обозначений вариконды обозначались набором букв ВК и цифр, которые отражали конструктивные особенности вариконда.

Например: ВК2-Б – вариконд тип конструкции 2 неизолированный.

Керамические Подстроечные конденсаторы КПК рассчитаны на рабочее напряжение 250 в и служат в основном для подстройки контуров высокой частоты в приемниках.  

Керамические подстроечные конденсаторы КПК рассчитаны на рабочее напряжение 250 в и служат в основном для подстройки контуров высокой частоты в приемниках.  

Керамические подстроечные конденсаторы типа КПК нашли себе широкое приме - - нение в высокочастотной аппаратуре, Е1ытесняя воздушные и воздушно-слюдяные лолу-переменные ко.  

Для керамических подстроечных конденсаторов типа КПК Сущц 2 - - 25 пф и Смакс 7 - f - 175 пф; момент вращения больше, чем для воздушных конденсаторов, и лежит в пределах (в зависимости от размеров) от 200 - 1500 до 500 - 2500 Г - см. Рабочее напряжение - 500 в пост, тока, или 250 в в.  

Промышленность выпускает керамические подстроечные конденсаторы КПК, предназначенные для работы в цепях постоянного и переменного тока. В зависимости от конструктивного выполнения их выпускают четырех типов: КПК-1, КПК-2, КПК-3 и КПК-5. Статором у них служит керамическое основание с нанесенным на его поверхность тонким серебряным сектором, ротором - керамический диск с таким же сектором. Емкость конденсатора изменяют поворотом диска.  

Конденсаторы типа КПК - Керамические подстроечные конденсаторы широко используются для подгонки параметров и настройки колебательных контуров малогабаритных радиоприемников, те - - левизоров и другой аппаратуры. В качестве диэлектрика применена керамика, что упростило конструкцию и значительно уменьшило размеры по сравнению с подстроечными конденсаторами типа КПВ.  

Применение керамики с большим значением е позволяет получать керамические подстроечные конденсаторы с С у до 175 пф при малых габаритах. С) (- 550 250) 10, что ограничивает их применение.  

Применение керамики с большим значением е позволяет получать керамические подстроечные конденсаторы с Стах до 175 пф при малых габаритах.  

Применение керамики с большим значением к позволяет получать керамические подстроечные конденсаторы с Стах До 175 пф при малых габаритах.  

Наибольшее распространение среди конденсаторов с твердым диэлектриком получили керамические подстроечные конденсаторы, которые в зависимости от конструкции разделяются на плоские поворотные и цилиндрические.  

На рис. 11 - 32 показаны детали и общий вид керамического подстроечного конденсатора типа КПК-1 . Он состоит из керамического основания (радиофарфор), являющегося одновременно статором; керамического ротора, изготовляемого из керамической массы с большой величиной диэлектрической проницаемости; оси ротора и выводов. Обкладками ротора и статора служат слои вожженного серебра. Основная технологическая задача при изготовлении такого конденсатора состоит в тщательном полировании соприкасающихся плоскостей основания (статора) и ротора.  

Для подгонки параметров колебательных контуров под нужную частоту (диапазон частот) применяют преимущественно керамические подстроечные конденсаторы.  

Подстроечный конденсатор

Основа конструкции конденсатора - две токопроводящие обкладки, между которыми находится диэлектрик

Слева - конденсаторы для поверхностного монтажа; справа - конденсаторы для объёмного монтажа; сверху - керамические; снизу - электролитические.

Различные конденсаторы для объёмного монтажа

Свойства конденсатора

Конденсатор в цепи постоянного тока может проводить ток в момент включения его в цепь (происходит заряд или перезаряд конденсатора), по окончании переходного процесса ток через конденсатор не течет, так как его обкладки разделены диэлектриком. В цепи же переменного тока он проводит колебания переменного тока посредством циклической перезарядки конденсатора.

где - мнимая единица , - частота протекающего синусоидального тока, - ёмкость конденсатора. Отсюда также следует, что реактивное сопротивление конденсатора равно: . Для постоянного тока частота равна нулю, следовательно, реактивное сопротивление конденсатора бесконечно (в идеальном случае).

На электрических принципиальных схемах номинальная ёмкость конденсаторов обычно указывается в микрофарадах (1 мкФ = 10 6 пФ) и пикофарадах, но нередко и в нанофарадах. При ёмкости не более 0,01 мкФ, ёмкость конденсатора указывают в пикофарадах, при этом допустимо не указывать единицу измерения, т.е. постфикс «пФ» опускают. При обозначении номинала ёмкости в других единицах указывают единицу измерения (пикоФарад). Для электролитических конденсаторов , а также для высоковольтных конденсаторов на схемах, после обозначения номинала ёмкости, указывают их максимальное рабочее напряжение в вольтах (В) или киловольтах (кВ). Например так: «10 мк x 10 В». Для указывают диапазон изменения ёмкости, например так: «10 – 180». В настоящее время изготавливаются конденсаторы с номинальными ёмкостями из десятичнологарифмических рядов значений Е3, Е6, Е12, Е24 , т.е. на одну декаду приходится 3, 6, 12, 24 значения, так, чтобы значения с соответствующим допуском (разбросом) перекрывали всю декаду.

Характеристики конденсаторов

Основные параметры

Ёмкость

Основной характеристикой конденсатора является его ёмкость . В обозначении конденсатора фигурирует значение номинальной ёмкости, в то время как реальная ёмкость может значительно меняться в зависимости от многих факторов. Реальная ёмкость конденсатора определяет его электрические свойства. Так, по определению ёмкости, заряд на обкладке пропорционален напряжению между обкладками (q = C U ). Типичные значения ёмкости конденсаторов составляют от единиц пикофарад до сотен микрофарад . Однако существуют конденсаторы с ёмкостью до десятков фарад.

Ёмкость плоского конденсатора, состоящего из двух параллельных металлических пластин площадью каждая, расположенных на расстоянии друг от друга, в системе СИ выражается формулой: , где - относительная диэлектрическая проницаемость среды, заполняющей пространство между пластинами (эта формула справедлива, лишь когда много меньше линейных размеров пластин).

Для получения больших ёмкостей конденсаторы соединяют параллельно. При этом напряжение между обкладками всех конденсаторов одинаково. Общая ёмкость батареи параллельно соединённых конденсаторов равна сумме ёмкостей всех конденсаторов, входящих в батарею.

Если у всех параллельно соединённых конденсаторов расстояние между обкладками и свойства диэлектрика одинаковы, то эти конденсаторы можно представить как один большой конденсатор, разделённый на фрагменты меньшей площади.

При последовательном соединении конденсаторов заряды всех конденсаторов одинаковы. Общая ёмкость батареи последовательно соединённых конденсаторов равна

или

Эта ёмкость всегда меньше минимальной ёмкости конденсатора, входящего в батарею. Однако при последовательном соединении уменьшается возможность пробоя конденсаторов, так как на каждый конденсатор приходится лишь часть разницы потенциалов источника напряжения.

Если площадь обкладок всех конденсаторов, соединённых последовательно, одинакова, то эти конденсаторы можно представить в виде одного большого конденсатора, между обкладками которого находится стопка из пластин диэлектрика всех составляющих его конденсаторов.

Удельная ёмкость

Конденсаторы также характеризуются удельной ёмкостью - отношением ёмкости к объёму (или массе) диэлектрика. Максимальное значение удельной ёмкости достигается при минимальной толщине диэлектрика, однако при этом уменьшается его напряжение пробоя.

Номинальное напряжение

Другой, не менее важной характеристикой конденсаторов является номинальное напряжение - значение напряжения, обозначенное на конденсаторе, при котором он может работать в заданных условиях в течение срока службы с сохранением параметров в допустимых пределах.

Номинальное напряжение зависит от конструкции конденсатора и свойств применяемых материалов. При эксплуатации напряжение на конденсаторе не должно превышать номинального. Для многих типов конденсаторов с увеличением температуры допустимое напряжение снижается.

Полярность

Конденсаторы, разрушившиеся без взрыва из-за температуры и напряжения, не соответствующих рабочим.

Многие конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические) функционируют только при корректной полярности напряжения из-за химических особенностей взаимодействия электролита с диэлектриком. При обратной полярности напряжения электролитические конденсаторы обычно выходят из строя из-за химического разрушения диэлектрика с последующим увеличением тока, вскипанием электролита внутри и, как следствие, с вероятностью взрыва корпуса.

Взрывы электролитических конденсаторов - довольно распространённое явление. Основной причиной взрывов является перегрев конденсатора, вызываемый в большинстве случаев утечкой или повышением эквивалентного последовательного сопротивления вследствие старения (актуально для импульсных устройств). Для уменьшения повреждений других деталей и травматизма персонала в современных конденсаторах большой ёмкости устанавливают клапан или выполняют насечку на корпусе (часто можно заметить её в форме буквы X, K или Т на торце). При повышении внутреннего давления открывается клапан или корпус разрушается по насечке, испарившийся электролит выходит в виде едкого газа, и давление спадает без взрыва и осколков.

Реальные конденсаторы, помимо ёмкости, обладают также собственными сопротивлением и индуктивностью . С высокой степенью точности, эквивалентную схему реального конденсатора можно представить следующим образом:

Электрическое сопротивление изоляции конденсатора - r

Сопротивление изоляции - это сопротивление конденсатора постоянному току, определяемое соотношением r = U / I ут , где U - напряжение, приложенное к конденсатору, I ут - ток утечки.

В обиходе так называют изделия, изготовленные методом обжига массы, в основном глины. В технике же под керамическими подразумевают материалы с подобной структурой, хотя глины в них вовсе нет, либо она присутствует в незначительном количестве. К ним можно отнести конденсаторную керамику, применяемую в качестве диэлектрика конденсаторов.

Керамические конденсаторы

Такие изделия отличаются высокими электрическими показателями, небольшими размерами и низкой стоимостью. Керамические конденсаторы широко применяются в контурах радиоаппаратуры. Они бывают с постоянной емкостью и подстроечными.

с постоянной емкостью

Термостабильные керамические конденсаторы применяются в контурах генераторов и гетеродинов высокой стабильности. Для восстановления температуры используются термокомпенсирующие элементы. Особую группу составляют сегнето-керамические конденсаторы, в которых в качестве диэлектрика применяется сегнетокерамика - материал с очень высокой (до нескольких тысяч) в определенном интервале температур. Упомянутые изделия отличаются от высокочастотной керамики большей емкостью при одинаковых размерах.

Керамический трубчатый конденсатор (КТ-1, КТ-2) - это тонкостенная трубка, внешняя и внутренняя поверхности которой покрыты слоем серебра.

Конденсатор керамический дисковый (КД1, КД2) и дисковые сегнето-керамические модели (КДС1, КДС2, КДС3) представляют собой круглую керамическую пластину с обкладкой в виде тонких слоев серебра.

Керамический, опрессованный пластмассой боченочный элемент (КОБ1, КОБ2, КОБ3) - керамический цилиндрик, на основание которого также нанесены обкладки.

Цветовая гамма и её значение

Различные цвета, в которые окрашены изделия КТ, КДС, КД и др., обозначают стабильность их емкости при изменении температуры. Синяя, голубая и серая краска применяется в том случае, если на изменение температуры отреагирует незначительным образом. Такие элементы называются термостабильными. Красный и зеленый цвета означают, что при повышении температуры емкость изделий заметно уменьшится - это термокомпенсирующие конденсаторы. свидетельствует о том, что в случае перемены температурного режима в широком диапазоне емкость изделия будет меняться довольно сильно (однако при емкость остается стабильной).

Виды керамических подстроечных конденсаторов

Эти изделия предназначены для подгонки (подстройки) параметров колебательных контуров, еще их называют полупеременными. Кратко рассмотрим каждый из них.

Конденсатор подстроечный керамический (КПК) состоит из керамического основания (статора) и керамического же подвижного диска (ротора). Диск на оси прикреплен к статору, и его можно вращать при помощи отвертки. Серебряные обкладки, имеющие форму секторов, нанесены на плоскости обеих составляющих. Материал ротора является диэлектриком. При вращении изменяется взаимное расположение обкладок, соответственно, и емкость между ними.

Конденсатор подстроечный керамический трубчатый (КПКТ) - само название говорит о том, что рассматриваемое изделие имеет вид трубки. На её внутреннюю поверхность также нанесена тонкая серебряная неподвижная обкладка - металлический стержень с винтовой нарезкой. При вращении (достигается посредством отвертки) емкость изменяется за счет ввода или вывода стержня из трубки.

Емкость керамических конденсаторов

Еще 10-20 лет назад из-за трудностей, связанных с производством упомянутых конденсаторов, изделия относили к разряду приборов малой емкости. Совсем недавно керамический конденсатор 1 мкф никого не удивил бы, а вот элемент на 10 мкФ воспринимался как экзотика.

Но сегодня развитие технологий позволило некоторым производителям радиокомпонентов заявить о достижении лимита емкости в таких конденсаторах до 100 мкФ, но, как они заверяют, и это еще не предел.