Конденсаторы с воздушным диэлектриком. Воздушные конденсаторы переменной емкости: принцип работы, конструкция и применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как устроены воздушные конденсаторы переменной емкости. Какие бывают типы конструкций. Где применяются воздушные конденсаторы переменной емкости. Каковы их преимущества и недостатки.

Содержание

Принцип работы воздушных конденсаторов переменной емкости

Воздушные конденсаторы переменной емкости представляют собой устройства, позволяющие плавно изменять емкость в определенном диапазоне. Их принцип работы основан на изменении площади перекрытия пластин или расстояния между ними.

Основные элементы конструкции воздушного конденсатора переменной емкости:

Неподвижные пластины (статор)
Подвижные пластины (ротор)
Ось вращения ротора
Воздушный диэлектрик между пластинами

При вращении оси ротора его пластины входят в промежутки между пластинами статора, изменяя площадь их перекрытия. Это приводит к плавному изменению емкости конденсатора.

Типы конструкций воздушных конденсаторов переменной емкости

Существует несколько основных типов конструкций воздушных конденсаторов переменной емкости:

1. Многопластинчатые конденсаторы

Это наиболее распространенный тип. Состоит из набора параллельных пластин статора и ротора. Обеспечивает плавное изменение емкости в широком диапазоне.

2. Цилиндрические конденсаторы

Имеют цилиндрические обкладки, вставленные одна в другую. При вращении внутреннего цилиндра изменяется площадь перекрытия обкладок.

3. Дисковые конденсаторы

Состоят из плоских дисковых пластин. Емкость изменяется при повороте подвижного диска относительно неподвижного.

Области применения воздушных конденсаторов переменной емкости

Воздушные конденсаторы переменной емкости широко используются в различных областях электроники и радиотехники:

Настройка колебательных контуров в радиоприемниках и передатчиках
Компенсация паразитных емкостей в измерительных приборах
Фазовращатели в антенных системах
Подстройка резонансных цепей в генераторах
Прецизионные измерительные мосты

Какие задачи помогают решать воздушные конденсаторы переменной емкости в этих применениях? Они позволяют точно настраивать частоту колебательных контуров, компенсировать паразитные емкости, плавно изменять фазовый сдвиг сигналов.

Преимущества воздушных конденсаторов переменной емкости

Воздушные конденсаторы переменной емкости обладают рядом важных достоинств:

Высокая добротность и малые диэлектрические потери
Линейность характеристики емкости
Широкий диапазон регулировки емкости
Высокая стабильность параметров
Работоспособность в широком диапазоне частот

За счет чего достигаются эти преимущества? Применение воздуха в качестве диэлектрика обеспечивает минимальные потери. Жесткая механическая конструкция гарантирует стабильность характеристик.

Недостатки воздушных конденсаторов переменной емкости

Несмотря на достоинства, воздушные конденсаторы переменной емкости имеют и определенные недостатки:

Относительно большие габариты
Низкая удельная емкость
Чувствительность к механическим воздействиям
Возможность попадания пыли между пластинами

Как эти недостатки влияют на применение? Они ограничивают использование воздушных конденсаторов в миниатюрной аппаратуре. Требуется защита от пыли и вибраций.

Особенности конструкции высокочастотных воздушных конденсаторов

Для работы на высоких частотах воздушные конденсаторы имеют ряд конструктивных особенностей:

Применение специальных материалов с малыми диэлектрическими потерями
Минимизация паразитных индуктивностей выводов
Использование многосекционных конструкций
Экранирование для снижения потерь на излучение

Для чего нужны эти особенности? Они позволяют обеспечить стабильную работу конденсатора на частотах до сотен мегагерц и выше.

Прецизионные воздушные конденсаторы переменной емкости

Для точных измерений применяются специальные прецизионные воздушные конденсаторы переменной емкости. Их отличительные черты:

Высокая точность и стабильность емкости
Малый температурный коэффициент емкости
Прецизионный механизм перемещения пластин
Калиброванная шкала емкости

Где используются такие конденсаторы? В образцовых измерительных приборах, эталонных генераторах, лабораторных мостах переменного тока.

Типы конденсаторов. Металлические конденсаторы с воздушным диэлектриком

Огромное многообразие материалов и технологий, используемых при изготовлении обкладок конденсатора и диэлектрика, приводит к огромному количеству вариантов их применения и такому же многообразию конструктивного оформления (рис. 5.4).

Приведенная на рис. 5.4 древовидная схема иллюстрирует деление конденсаторов на основные типы. Две основные ветви образуют конденсаторы, в которых используются полярные и неполярные диэлектрики. Конденсаторы с полярными диэлектриками немедленно выходят из строя при включении в схему с обратной полярностью приложенного напряжения, а также, зачастую, и в цепи переменного тока. Конденсаторы с неполярным диэлектриком различаются, прежде всего, по конструктивному исполнению обкладок: независимые обкладки, фольговые, либо обкладки, в которых металлическая пленка напыляется непосредственно на диэлектрик. Затем более подробная классификация таких конденсаторов производится по типу используемого диэлектрика, хотя некоторые типы диэлектриков могут присутствовать в различных конструктивных вариантах исполнения, а в некоторых и нет (в частности, из-за возможных технологических ограничений).

Рис. 5.4 Разновидности конденсаторов

В самых общих чертах конденсаторы, максимально приближающиеся по своим характеристикам к идеальным для применения в высококачественных усилителях звуковой частоты, располагаются в нижней части схемы, тогда как конденсаторы с максимальной удельной емкостью располагаются в верхней части схемы. Иными словами, конденсаторы высокого качества оказываются по своим геометрическим размерам меньше, но их удельная емкость относительно занимаемого объема уменьшается в сравнении с более крупными конденсаторами.

Металлические конденсаторы с воздушным диэлектриком

Данные конденсаторы, без всяких сомнений, предназначены для использования в качестве подстрочных, либо переменных конденсаторов, что определяет их конструктивное исполнение. Они состоят из набора жестких пластин, имеющих форму сектора, и закрепленных на оси вращения. Прежде всего, они используются в высокочастотных цепях, хотя находят применение и в низкочастотных трактах. Из-за чисто конструктивных ограничений, связанных с креплением подвижных пластин, (которые хотя и должны находиться как можно ближе к неподвижным, но все же минимальное расстояние ограничивается условиями электрической прочности воздушного зазора) конденсаторы с воздушным зазором имеют низкие значения емкости, обычно не превышающие значения 500 пФ. Диапазон изменения емкости составляет у них, как правило, десятикратное значение между максимальным значением (подвижные пластины полностью введены в промежутки между неподвижными) и минимальным значением емкости (подвижные пластины полностью выведены из воздушного промежутка).

Возможные варианты использования конденсаторов в цепях низкочастотного тракта:

• переменный конденсатор с емкостью = 300 пФ включается параллельно входу картриджа с подвижной магнитной системой блока частотной коррекции RIAA, что позволяет оптимизировать нагрузку картриджа со стороны предусилительного каскада;

• конденсаторы с емкостью = 50 пФ используются для настройки конденсаторов схемы эквалайзера до точных значений.

В схемах ламповых коротковолновых радиоприемников часто использовалось множество подстрочных конденсаторов, и хотя они могут и не соответствовать точному значению емкости, необходимому для конкретного использования, их емкость можно уменьшить: так как медные посеребренные пластины просто припаяны к держателю, то они могут быть легко выпаяны, если необходимо уменьшить емкость такого конденсатора (рис. 5.5).

Рис. 5.5 Некоторые типы переменных конденсаторов с воздушным зазором. У показанного справа подстроенного конденсатора ротор несколько выдвинут из корпуса, чтобы были видны пластины конденсатора

Пленочные пластиковые фольговые конденсаторы

Этот класс конденсаторов является наиболее важным для применения в ламповых усилителях, так как они используются в качестве конденсаторов межкаскадной связи, а также для прецизионных фильтров. Характеристики этих конденсаторов достаточно близки к идеальным, поэтому для характеристики их неидеальности достаточно часто используется тангенс угла диэлектрических потерь, tgδ.

На практике наблюдается сильная связь между чисто субъективным понятием доброкачественности конденсатора и значением его параметра tgδ: конденсаторы с низким значением параметра tgδ субъективно просто превосходны.

С точки зрения инженерной науки важность параметра tgδ означает не только то, что конденсатор обладает токами утечки, но так же и то, что конденсатор может быть представлен в виде бесконечной эквивалентной схемы лестничного типа, звенья которой состоят из конденсаторов, разделенных резисторами (рис.5.6).

Рис. 5.6 Эквивалентная схема замещения реального конденсатора, используемая для моделирования диэлектрических потерь

Если зарядить конденсатор, одновременно измеряя напряжение на его выводах вольтметром, имеющим бесконечно большое внутреннее сопротивление, а затем разрядить его, закоротив на короткое время выводы перемычкой, то можно было бы ожидать, что напряжение на выводах окажется равным нулю. Однако в момент снятия закорачивающей перемычки можно будет видеть, что вольтметр зафиксирует напряжение, превышающее нулевое значение.

Наглядно это можно себе представить таким образом, что разряженным в первый момент оказался только тот конденсатор, который расположен «рядом» с выводами конденсатора, а остальные конденсаторы оказались как бы «изолированными» сопротивлениями между звеньями схемы, и оказались не полностью разряженными. Снятие закорачивающей перемычки позволило не разряженным конденсатором передать часть заряда на конденсаторы, расположенные рядом с выводами, в силу чего напряжение на выводах конденсатора возросло. Это явление известно как остаточная поляризация диэлектрика и проявляется более явственно по мере увеличения тангенса угла диэлектрических потерь, tg6.

Подача на конденсатор переменного напряжения полностью эквивалентна чередующимся циклам его заряда и разряда. Поэтому, любое напряжение, остающееся на выводах конденсатора после прохождения импульса, вызывает искажения. Музыкальный сигнал состоит из последовательности коротких электрических импульсов, поэтому вполне вероятно, что остаточная поляризация диэлектрика является одной из причин, из-за которой, как образно выражаются, «конденсаторы звучат».

Некоторые диэлектрики являются полярными, это, правда, не означает, что конденсатор будет поврежден при изменении полярности приложенного постоянного напряжения, а этот термин означает, что на молекулярном уровне диэлектрик состоит из постоянно заряженных электрических диполей. Их с очень грубым приближением можно рассматривать аналогично магнитным диполям, существующим в магнитных материалах. Под действием внешнего электрического поля эти диполи стремятся выстроиться вдоль силовых линий поля. При приложении переменного напряжения, электрическое поле в диэлектрике будет менять свое направление, постоянно заставляя диполи следовать за изменением поля. Такие постоянные изменения ориентации диполя вызовут так называемые диэлектрические потери, которые должны возрастать с увеличением частоты переменного поля. Однако, при очень высоких значениях частоты диполи уже не будут успевать следовать за изменением электрического поля, поэтому потери сначала перестанут возрастать, а затем будут снижаться.

Очень упрощенно картину можно представить следующим образом. Диполи могут быть представлены в виде индивидуальных блоков, обладающих определенной массой и имеющих центр массы, которые покоятся на резиновом основании и вращаются при натягивании резиновых лент, закрепленных на концах блока. При натягивании одной резиновой ленты ничего не будет происходить до того момента, пока не будет преодолена сила трения (сила статического трения покоя), однако, после начала вращения блока он быстро переходит в новое положение, потому что трение движения всегда меньше трения покоя. В первый момент, если потянуть за все ленты всех блоков, начнут вращаться только некоторые блоки, так как силы трения покоя между отдельными блоками и поверхности резинового основания не будут одинаковыми для всех блоков. Если пытаться поворачивать блоки все быстрее и быстрее, то придется затрачивать все больше энергии для преодоления залипания (трения покоя), пока не наступит момент, при котором частота приложения усилия будет слишком высока, так как при этом будет изменяться только сила натяжения резиновой ленты, поэтому все меньшее количество блоков будет продолжать перемешаться. Так двигается меньше блоков, приходится преодолевать меньшее сопротивление трения покоя, меньше энергии поглощается, и поэтому потери начинают снижаться.

Этот механизм настолько похож на механизм магнитного гистерезиса, что иногда называется диэлектрическим гистерезисом, а данная модель с одинаковым успехом используется для объяснения магнитных потерь.

Из-за этой зависимости потерь от частоты, которые начинают проявляться примерно в середине звукового диапазона и достигают максимума на нижней границе высокочастотного диапазона, конденсаторы, в которых используются полярные диэлектрики, не представляются идеальными для использования в звуковоспроизводящей аппаратуре. Напротив, потери неполярных диэлектриков не зависят от частоты почти до СВЧ диапазона. Практически все диэлектрики, у которых ε_r > 2,5, являются полярными (табл. 5.1).

Таблица 5.1
Диэлектрик	Имя	ε_r	d	Полярность
Политетрафторэтилен	PTFE, дефлон™	2,1	0,0002	север
Полистирол		2,6	0,0002-0,0005	север
Полипропилен		2,2	0,0005	север
Поликарбонат		3,2-3,0	0,001-0,01	юг
Полиэтилентерефталат	PET, полистер	3,2-3,9	0,002-0,015	юг

Пленочные фольговые конденсаторы изготавливаются последовательным чередованием четырех различных слоев из диэлектрика и фольги, которые затем сворачиваются в цилиндр. Плотное свертывание этих четырех слоев в процессе изготовления конденсатора представляет далеко не простую задачу, и эта операция часто является одной из основных причин повышенной стоимости этих конденсаторов. Ленты из фольги при сворачивании в цилиндр располагаются таким образом, что они оказываются слегка смещенными своими боковыми границами одна относительно другой, поэтому с одного торца цилиндра расположена спирально намотанная лента одной обкладки, тогда как противоположенную сторону торца цилиндра образуют спирально расположенные витки второй обкладки конденсатора. Затем на каждый торец распылением наносится цинк, который электрически соединяет все точки спирально намотанной фольги (эта операция позволяет значительно снизить индуктивность конденсатора), к которому затем привариваются или припаиваются контактные выводы.

Из-за низкой температуры плавления полистирола в конденсаторах с небольшой емкостью (менее 100 нФ), в которых в качестве диэлектрика используется полистирол, контактный слой может наноситься не на всю торцевую поверхность цилиндра, образованную спирально намотанной лентой, а только на центральную часть, радиус которой составляет примерно 2/3 всего радиуса, что приводит к значительному возрастанию паразитной индуктивности. Тем не менее, для современных полистироловых фольговых конденсаторов проблема создания сплошного контакта по всей торцевой поверхности была решена (рис. 5.7).

Рис. 5.7 Внутреннее устройство полистиролового конденсатора

Достаточно часто рядом с одним из внешних выводов полистиролового конденсатора наносится красная или желтая полоска. Она вовсе не означает, что полистироловые конденсаторы являются чувствительными к полярности включения в схеме, а просто обозначает, что данный вывод соединен со слоем фольги, который оказывается при намотке внешним относительно второй обкладки конденсатора. Этот фактор может иметь принципиальное значение, если один вывод конденсатора подключается к менее чувствительной части схемы по сравнению с другим своим выводом. Например, если полистироловый конденсатор с небольшой емкостью используется в схеме активного кроссовера и включается как последовательный конденсатор связи (фильтр высоких частот), то помеченный полоской вывод должен быть подключен со стороны источника для снижения наведенного фонового шума. С другой стороны, если один из выводов конденсатора должен быть подключен к земле, то это должен быть помеченный вывод, чтобы снизить паразитную емкость для сигнала (паразитные емкости относительно земли достаточно редко вызывают проблемы, а вот действие эффекта Миллера может действительно привести к большим значениям паразитных емкостей и вызванных этим проблемам).

Воздушные конденсаторы переменной емкости — Энциклопедия по машиностроению XXL

Магазины емкостен, кроме набора слюдяных конденсаторов, нередко содержат и воздушный конденсатор переменной емкости с градуированной шкалой для плавного изменения емкости. Магазины емкостей бывают штепсельные и рычажные. [c.77]

Воздушные конденсаторы переменной емкости [c.366]

Многопластинчатая конструкция (рис. 84) применяется для воздушных конденсаторов переменной емкости. Основными элементами таких конструкций являются корпус 4, статорная и роторная секции, ось 2, система ее подвески, токосъемник 6, система подвески статора. Статорная и роторная секции состоят соответственно [c.153]

ВОЗДУШНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ [c.173]

Воздушные конденсаторы переменной емкости и воздушные триммеры [c.365]

Воздушный конденсатор представляет собой конденсатор переменной емкости. Конденсатор имеет систему неподвижных и подвижных пластин. Подвижные пластины при повороте оси входят в промежуток между неподвижными. Наибольшая емкость отдельного конденсатора не больше 0,001 мкФ при классе точности 0,03, tg 6 =— 10- ТКЕ гсс 2-10—8 К 1. Предусмотрена возможность параллельного соединения таких конденсаторов, что позволяет получить общую емкость до 0,0111 мкФ. [c.77]

Различают конденсаторы постоянной емкости и конденсаторы переменной емкости. Согласно примененному диэлектрику различают конденсаторы вакуумные, воздушные, газонаполненные, с жидким диэлектриком, с твердым органическим диэлектриком (бумажные, пленочные), с твердым диэлектриком, пропитанным изоляционной жидкостью, с твердым неорганическим диэлектриком (слюда, керамика и др. ), с твердым неорганическим диэлектриком, используемым в контакте с электролитом (электролитические конденсаторы). [c.161]

В заключение — несколько советов. Если вам не удается возбудить ферритовый вибратор длиной около 20 мм, а генератор работает, то нужно подобрать диапазон частот, несколько изменяя емкость контурного конденсатора. С этой целью при наладке в качестве контурного можно использовать школьный демонстрационный конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, подключив при необходимости параллельно ему подходящий конденсатор постоянной емкости. [c.52]

С точки зрения назначения переменные воздушные конденсаторы могут быть подразделены на прецизионные, общего применения, для радиопередающих устройств, подстроечные, фазосдвигающие. Прецизионные конденсаторы используют в основном, как лабораторные образцы емкости в измерительных мостах и резонансных схемах. [c.367]

По характеру изменения емкости конденсаторы подразделяются иа постоянные, переменной емкости и подстроечные, и по характеристике диэлектрика — на бумажные, слюдяные, керамические, стекло-эмалевые, электролитические, воздушные и т. п. [c.244]

Аналогичная система оценки ожидаемой надежности проектируемых систем существует и для радиоэлектронной аппаратуры, где также накоплен обширный статистический материал по надежности отдельных наиболее типовых элементов (сопротивлений, конденсаторов, электронных ламп, полупроводниковых приборов и т. д.). Так, для конденсаторов интенсивность отказов такова КСО — 0,14 10- КБГ — 0,16 10- КБМ — 0,35-10- КТК и КДК — 0,28-10 , КЭГ — 0,39, переменной емкости с воздушным диэлектриком — ],86-10 для сопротивлений ВС — 0,35 X ХЮ , СП — 0,69, проволочных — 1,25-10 [17]. Имея эти данные, а также данные об условиях и режимах работы аппаратуры (что учитывается специальными коэффициентами) и принципиальную схему системы, можно подсчитать ожидаемую интенсивность отказов, плотность распределения времени бесперебойной работы, функцию надежности и т. д. Принципы расчета совершенно идентичны проектируемая система расчленяется на отдельные элементы, на которые и начисляются потери, как проценты на вложенный капитал [23]. [c.123]

Воздушный переменный конденсатор большой емкости при [c.95] В емкостных преобразователях скорости вращения используется связь положения вала с изменением диэлектрической проницаемости 8 или геометрической проводимости [см. (ПУ. 12)]. Проще всего для целей тахометрии использовать конденсаторы с воздушным диэлектриком, в которых обкладки перемещаются при сохранении постоянным расстояния между ними. Емкостный преобразователь такого типа может служить реактивным элементом ламповой схемы, состоящей из первичного преобразователя (конденсатора), генератора высокой частоты, детектора и усилителя низкой частоты. Емкостный преобразователь включается таким образом, что всякий раз, когда его емкость возрастает, она шунтирует цепь обратной связи генератора, уменьшая тем самым его выходное напряжение.

Затем несущая частота детектируется, а переменная составляющая, вызванная изменениями амплитуды сигнала, усиливается и подается на электронный счетчик. Так как напряжение генератора высокой частоты здесь используется лишь в качестве несущей частоты, то контур генератора не требует настройки. Кроме ламповых или полупроводниковых схем в емкостных тахометрах могут быть использованы трансформаторные или мостовые схемы. [c.251]

Конденсаторы переменной емкости с воздушным зазором состоят из корпуса, статора и ротора. Пластаны ротора крепятся на оси, статора —на гребенке. Статор от ротора изолируется микалексом, керамикой (радиофарфор, стеатит) или кварцем. [c.371]

Напояжение питания генератора может достигать 600 В. При резонансе на колебательном контуре развивается значительно большее напряжение. Поэтому контурный конденсатор переменной емкости должен быть рассчитан на рабочее напряжение не ниже нескольких тысяч вольт. В качестве такого конденсатора при первоначальных опытах можно использовать школьный демонстрационный конденсатор переменной емкости. Однако лучше изготовить его из выпускаемого промышленностью для радиоприемников конденсатора переменной емкости. С этой целью нужно выпаять статоры обеих секций конденсатора, удалить в них и в роторах пластины через одну и затем вновь собрать конденсатор так, чтобы расстояние между его пластинами составляло 1,5—2 мм. Обе секции собранного конденсатора следует соединить между собой параллельно. Нередко, впрочем, удается подобрать и готовый конденсатор переменной емкости с воздушным диэлектриком, расстояние между пластинами которого колеблется в пределах 1—2 мм (такие конденсаторы лет 20 назад широко использовались в радиоприемниках). [c.54]

Воздушные конденсаторы могут быть плоские и цилиндрические. В плоском многопластинчатом конденсаторе изменение емкости осуществляют за счет изменения площади перекрытия пластин при постоянном значении зазора. Для этой цели систему пластин одного знака (статор) делают неподвижной, а систему пластин другого знака (ротор) — подвижной. В переменных конденсаторах величина емкости прямо пропорциональна площади перекрытия пластин. Изменить емкость плоского конденсатора с двумя плас-тиналш можно, изменяя зазор при постоянном значении [c.366]

По 100 ом каждая. Переменные сопротивления и Г2 представляют сибой магази 1Ы высокочастотных сопротивлений до 100 ом [СМР на 111 ом. МСШБ-18 или другие безреактивные магазины с малыми ступенями изменений сопротивления (0,01 ом и меньше)] Сг и Сз — воздушные конденсаторы пша К5 емкостью до 900 пф [c.269]

Задача 2-7.

На рис. 2-1-6 изображена принципиальная схема куметра, удобного для измерения Ев н 12 й на частотах в интервале 50 кГц—50 МГц. Вначале при постоянной частоте / генератора и низком сопротивлении Го протекает определенный электрический ток высокой частоты, и на участке аа возникает определенное электрическое напряжение ё. Затем, изменяя емкость переменного воздушного конденсатора Сг, производят настройку так, чтобы [c.64]

Конденсатор с жидким диэлектриком можно получить, погрузив в сосуд с изоляционной жидкостью обычный воздушный конденсатор постоянной или переменной емкости. Для защиты жидкого диэлектрика от воздействия пыли и влаги требуется герметизация, что усложняет конструкцию по сравнению с воздушным конденсатором. Преимущества жидкого диэлектрика увеличение емкости в раз и повышение Е р. Недостатки увеличение 8 и ухудшение стабильности емкости ТКС = —800Х Х10 гроА и выше (при использовании полярных жидкостей). Для контуров стабильной частоты конденсаторы с жидким диэлектриком непригодны. Их можно применять в контурах высокочастотных установок для нагпевя металла. Конденсатор такого типа заполнением нефтяным маслом разработан И. Н. Ращектаевым /ряб= 0,2—0,3 Мгц-, [c.100]

Вначале прибор- настраивают при нагрузке 50 Ом (переключатель 51 разомкнут). Для настройки достаточна мощность 10—20 Вт.. Нагрузка (например, 10 параллельно соединенных резисторов МЛТ-2 по 510 Ом) подключается к разъе-му Х2, передатчик — к разъему XI можно и наоборот, так как схема симметрична Изменяя емкость конденсатора С/ изолированной отверткой, добиваются нулевых показаний микроамперметра в одном из положений переключателя 52, например, отраженная волна — Отр. . В другом положении ( падающая волна — Над. ) напряжение с катушки и делителя суммируется, поэтому-нулевых показаний получить невозможно. Затем прибор настраивают при нагрузке 75 Ом (переключатель 5/ замкнут). В качестве конденсатора С2 временно корот-ршй проводниками подсоединяют неременный коиденсат-ор емкостью 150— 200 пФ и йзменением его величины добиваются нулевых показаний микроамперметра, не трогая конденсатора С/. Затем измеряют емкость переменного конденсатора и заменяют его постоянным такой же емкости. Конденсатор С1 должен быть воздушным, конденсаторы С2—С6 — керамическими. [c.244]

При нропитке, т. е. при заполнении пор диэлектрика другим, жидким или твердым диэлектриком, наблюдаются вполне определенные изменения электрических характеристик. Замещение воздуха в порах приводит к увеличению электрической прочности, так как воздушные включения обладают меньшей электрической прочностью, чем жидкие и твердые диэлектрики к тому же в воздушных прослойках при переменных напряжениях всегда будут большие электрические напряженности, которые при последовательном соединении разнородных диэлектриков распределяются обратно пропорционально диэлектрическим проницаемостям этих диэлектриков. Ионизация внутренних воздушных пор приводит к увеличению диэлектрических потерь, искажению формы поля и может вызвать разрушение изоляции. При достаточно низких напряжениях, не вызывающих ударной ионизации воздушных прослоек, наличие последних в последовательном соединении с твердой изоляцией снижает tg б за счет уменьшения токов утечки, а также снижает емкость изоляции. На рис. 3-5 показана зависимость tg O и емкости изоляции из двух последовательно соединенных слоев — стекла и воздуха и одного стекла без воздушного зазора между ним и электродами — от напряжения. При малых напряжениях наличие воздушного зазора сказывается благоприятно, но при некотором значении напряжения, вызывающем ионизацию воздуха, tg б резко возрастает, увеличивается и емкость. Сочетание твердой изоляции с газообразной при нормальных давлениях допустимо только при низких напряжениях, гарантирующих отсутствие ионизации. Примером является бумажно-воздушная изоляция телефонных кабелей. Для получения малой величины tg o пропитанного материала необходимо, чтобы пропитывающий диэлектрик обладал возможно меньшим tg б. Для пропитки бумажных конденсаторов применяют материалы с повышенной диэлектрической проницаемостью в целях получения большей удельной емкости. [c.101]

Индуктивность системы L изменяют путем изменения величины или воздушного зазора б при S = onst, или площади S при б == onst. Изменение индуктивности ведет, в свою очередь, к изменению напряжения в цепи датчика. Обмотка датчика питается, напряжением переменного тока Ununi- При движении якоря мимо магнитопровода с катушкой изменяется напряжение снимаемое с сопротивления нагрузки которое выпрямляется при помощи полупроводниковых диодов и сглаживается конденсатором С. При последовательном включении (рис. 9, а) получается малая кратность по напряжению на выходе. Этот недостаток устраняется включением сопротивлений Нн, Ri, 2. в мостовую схему (рис. 9, б). Иногда применяют резонансные схемы включения (рис. 9, б), причем емкость может быть включена как параллельно с индуктивностью, так и последовательно. [c.28]

Конденсаторы по характеру изменения емкости подразделяют на постоянные, переменные и подстроечные, а по виду используемого диэлектрика — на электролитические, керамические, бумажные, слюдяные, стехло-эмалевые, с воздушным диэлектриком и т, д. [c.132]

Самодельный конденсатор переменной емкости (КПЕ)

Предлагаемый вниманию читателей конденсатор переменной ёмкости (КПЕ) с изолированными ротором и статором прост конструктивно, не требует применения дефицитных материалов и станочных работ и может быть изготовлен в домашних условиях радиолюбителем, владеющим элементарными слесарными навыками.

Материалы

Из материалов понадобятся жесть или латунь толщиной 0,5…0,6 мм (желательно лужёные), кусочек листовой латуни толщиной 0,8…1 мм, отрезки медной проволоки диаметром 3 мм и тонкостенной медной трубки диаметром 7 мм, немного листового стеклотекстолита толщиной 6 мм, чуть более дюжины винтов М3 и припой (желательно ПОС-60, как довольно низкоплавкий и обеспечивающий хороший внешний вид паяного соединения), а из инструментов — ножовка и ножницы по металлу, напильники, шуруповёрт или дрель, несколько свёрл и мощный (не менее 100 Вт) электропаяльник.

Конструкция

Рис. 1. Чертеж и конструкция самодельного конденсатора переменной емкости с воздушным диэлектриком.

Обозначения на рисунке:

1 — пластина статора, жесть, латунь листовая толщиной 0,5 мм, 8 шт., паять к фиксаторам 12;
2 — планка торцевая, стеклотекстолит листовой толщиной 6 мм, крепить к деталям 16 винтами 17;
3 — гайка М3, 2 шт.;
4, 9 — винт М3х15, 2 шт., фиксировать в найденном положении гайками 3;
5 — пластина ротора, жесть, латунь листовая толщиной 0,5 мм, 8 шт.. паять к валику 6 и фиксатору 8;
6 — валик ротора, трубка латунная тонкостенная (отрезок колена телескопической антенны), паять к пластинам 5;
7 — токосъёмник-ограничитель, проволока стальная диаметром 0,8 мм, 2 шт., крепить к деталям 14 и 16 винтами 15;
8 — фиксатор роторных пластин, проволока медная диаметром 3,2 мм, 2 шт., паять к дет.5;
10 — винты (М3х12, 4 шт.) крепления планки 11 к деталям 16;
11 — планка, стеклотекстолит толщиной 6 мм, крепить к деталям 16 винтами 10;
12 — фиксатор статорных пластин, проволока медная диаметром 3,2 мм, 2 шт., паять к деталям 1;
13 — лепесток, медь, латунь листовая толщиной 0,5 мм, 2 шт., крепить к дет. 16 винтом 15;
14 — подшипник, латунь толщиной 1 мм, 2 шт., крепить к детали 16 винтом 15;
15 — винт МЗхб, 6 шт.;
16 — планка боковая, стеклотекстолит толщиной 6 мм, 2 шт., крепить к деталям 2 и 11 винтами 10 и 17;
17 — винт М3х12, 4 шт.;
18 — шайба ограничительная, латунь толщиной 1 мм, 2 шт., паять к детали 6;
19 — штифт, проволока медная диаметром 2 мм, запрессовать в деталь 6 до пайки шайб 18.

Устройство КПЕ показано на рис. 1. Он состоит из статора (детали 1, 12), ротора (детали 5, 6, 8, 18, 19) и корпуса (детали 2, 10, 11, 16, 17). Его ёмкость зависит от угла поворота ротора относительно статора, т. е. от взаимно перекрываемой площади роторных и статорных пластин, их числа и воздушного зазора между ними.

Пластины статора 1 закреплены пайкой на фиксаторах 12, которые, в свою очередь, закреплены в отверстиях боковых планок 16 корпуса КПЕ. Пластины ротора 5 припаяны к валику 6 и фиксатору 8. Валик 6 вращается в подшипниках 14, закреплённых на планках 16 винтами 15.

Осевое смещение ротора предотвращают закреплённые на валике 6 ограничительные шайбы 18, упирающиеся в подшипники 14, а в направлении, перпендикулярном оси, — ограничители-токосъёмники 7, закреплённые на подшипниках 14 и планках 16 винтами 15. Корпус КПЕ представляет собой прямоугольную рамку, состоящую из скреплённых винтами 10 и 17 двух планок 16 и поперечных планок 2 и 11.

При изготовлении КПЕ заготовки одинаковых деталей (пластин ротора и статора, подшипников 14, планок 16) рекомендуется обрабатывать совместно, объединив их в пакеты с помощью заклёпок или винтов с гайками (именно для этого предусмотрены отверстия диаметром 2,6 мм в пластинах ротора).

В описываемом варианте КПЕ статор и ротор содержат по восемь пластин, воздушный зазор между ними — около 2 мм, максимальная ёмкость — около 90 пФ.

Разумеется, форма пластин, их число и зазор между ними могут быть и иными, здесь многое зависит от возможностей и опыта радиолюбителя, например, браться сразу за изготовление конденсатора с зазором менее 1 мм при отсутствии достаточного опыта в слесарном деле вряд ли стоит.

Рис. 2. Внешний вид готового КПЕ.

Перед сборкой ротора и статора валик 6, фиксаторы 8, 12 и места пайки на пластинах (пояски шириной 2…3 мм вокруг отверстий под валик и фиксаторы) необходимо залудить.

Кроме того, следует заготовить вырезанные из гофрокартона, толщиной, равной воздушному зазору между пластинами (т. е. 2 мм), технологические прокладки размерами 35×35 мм (их число должно быть примерно на десяток больше числа пластин).

Выбор материала прокладок обусловлен низкой теплоёмкостью гофрокартона, что облегчает процесс пайки пластин к фиксаторам. Далее к верхней (по рисунку) боковой планке 16 привинчивают планки 2 и 11, подшипник 14 и токосъёмник-ограничитель 7. В валике 6 сверлят отверстие под штифт 19.

Запрессовав его, надевают на валик ограничительную шайбу 18, после чего его конец вставляют в отверстие, образованное полукруглым вырезом в подшипнике 14 и токосъёмником 7, а концы фиксаторов 12 — в соответствующие отверстия планки 16.

Положив на её внутреннюю сторону четыре-пять картонных прокладки, надевают на валик 6 первую пластину ротора, кладут на неё следующую прокладку, затем на выступающие внутрь концы фиксаторов 12 надевают первую пластину статора, кладут следующую прокладку, надевают на валик следующую пластину ротора и т. д.

Когда число пластин ротора достигнет трёх-четырёх, в их отверстия диаметром 3,3 мм вставляют фиксатор 8, и в дальнейшем каждую следующую пластину ротора надевают и на валик 6, и на фиксатор 8.

Установив на место последнюю пластину статора, привинчивают вторую планку 16, вставляют в зазор между ней и пластиной статора последние несколько технологических прокладок из гофрокартона, и если необходимо, выбирают излишний зазор между ними дополнительными прокладками нужной толщины.

После этого свободные концы фиксаторов 12 вставляют в соответствующие отверстия второй планки 16, а конец трубчатого валика 6 с предварительно надетой на него второй шайбой 18 — в вырез второго подшипника 14, устанавливают на место второй ограничитель-токосъёмник 7 и фиксируют его положение винтом 15.

Взаимное положение пластин ротора и статора фиксируют припоем, прогревая места пайки их к валику и фиксаторам мощным паяльником.

Перед пайкой фиксаторы статора 12 устанавливают в положение, в котором их концы выступают за пределы планок 16 примерно на одинаковую величину, а фиксатор 8 — с таким расчётом, чтобы при максимальной ёмкости его нижний (по рисунку) конец надёжно упирался в винт-ограничитель 9.

Завершают сборку установкой на место винтов-ограничителей 4 и 9. Первым фиксируют ротор в положении, соответствующем минимальной ёмкости КПЕ, вторым — в положении, соответствующем его максимальной ёмкости. Положение самих винтов фиксируют гайками 3 (М3). Выступающие концы фиксаторов 12 аккуратно расклёпывают в отверстиях планок 16.

Материалы деталей КПЕ и некоторые технологические указания по его сборке содержатся в подписи к рис. 1. Внешний вид одного из вариантов практической конструкции показан на рис. 2.

С. Долганов, г. Барабинск Новосибирской обл. Р-12-2016.

Подстроечные конденсаторы | «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория»

Конденсаторы переменной емкости являются одним из наиболее важных элементов современной радиоэлектроники. Они широко применяются в измерительной аппаратуре и в различных устройствах электронной техники. К данному типу конденсаторов относятся подстроечные конденсаторы (конденсаторы полупеременной емкости), емкость которых устанавливают только в ходе настройки аппаратуры при выпуске ее с производства. Таким образом, в процессе эксплуатации их емкость уже не изменяется. Перенастройка конденсатора возможна только при ремонте данной аппаратуры. Возможность установки емкости компонента только в процессе настройки приводит к упрощению конструкции и снижению количества циклов регулировки в сравнении с переменными конденсаторами.

Подстроечные конденсаторы часто именуются триммерами. Такие компоненты могут быть использованы в схемах с плавным изменением частоты для компенсации разброса начальной емкости схемы, для установки требуемой величины емкостной связи, для настройки контуров на требуемые фиксированные частоты, для компенсации отклонений параметров элементов схемы и в др. областях. Основными техническими параметрами триммеров являются:

C _{min, max} — границы диапазона регулировки — минимальная, максимальная емкости (Ф)
U — допустимое напряжение (В). Величина допустимого и рабочего напряжения определяется свойствами и толщиной диэлектрика, а также расстоянием между выводами
ТКЕ — температурный коэффициент емкости (ppm/^°С), является характеристикой температурной стабильности емкости
Q — добротность в заданном диапазоне частот при максимальной емкости

Конструкция подстроечных конденсаторов определяется функцией устройств. Применяемые способы монтажа и крепления конденсаторов должны обеспечивать необходимую механическую прочность, надежный электрический контакт и исключение резонансных явлений во время воздействия вибрационных нагрузок. По особенностям конструкции условно такие конденсаторы можно разделить на пластинчатые, цилиндрические и дисковые. Особое внимание при выборе триммеров также уделяется выбору типа диэлектрика, используемого в пассивном компоненте. Так, например,выделяют подстроечные конденсаторы:

с газообразным или жидким диэлектриком (воздушные, газонаполненные, маслонаполненные)
с твердым неорганическим диэлектриком (керамические, стеклянные, слюдяные)
с твердым органическим диэлектриком (воздушнопленочные, тефлоновые и др.)

Компания Temex-Ceramics является одним из ведущих мировых производителей ВЧ и СВЧ пассивных компонентов, применяемых в телекоммуникациях, медицинском и промышленном оборудовании, военной и аэрокосмической аппаратуре и др.. В настоящее время, усовершенствование технологий и развитие потенциала компании ведется в одном из важнейших направлений — производстве многослойных керамических (высоковольтных, высокотемпературных, высокочастотных) и подстроечных конденсаторов с воздушным, керамическим или сапфировым диэлектриком, а также регулирующих элементов для резонаторных фильтров.

Компанией Temex-Ceramics представлен широкий ассортимент триммеров с различными техническими параметрами, выпускаемые как для поверхностного монтажа (SMD), так и в выводном исполнении, характеризующиеся высокой добротностью.

Подстроечные конденсаторы с керамическим диэлектриком

Подстроечные керамические конденсаторы могут использоваться в космическом приборостроении, радиоприемных и передающих устройствах, телевизионных и видеосистемах и др. Такие компоненты отличаются прежде всего улучшенными удельными характеристиками. В частности, триммеры (серии AT2320G, AT 9401G, AT 9402G, AT 9410G, AT 0300/AT1300) , предназначенные для поверхностного монтажа (SMD), представляют собой компоненты, применяемые в электрических схемах, где размер и техническое исполнение являются особенно важными параметрами. Например, герметизированная серия подстроечных SMD конденсаторов с алюминиевым корпусом характеризуется устойчивостью к жестким воздействиям окружающей среды, а также механической и электрической прочностью. Кроме того, конструкция корпуса конденсатора защищает его от проникновения внутрь изделия флюса или обезжиривающего раствора при пайке. Рабочий диапазон частот таких компонентов не превышает 2 ГГц. Миниатюрные триммеры характеризуются высокой добротностью, стабильностью электрических характеристик в течение всего срока службы изделия. Отмеченные компоненты доступны в немагнитном исполнении. Среди SMD компонентов, выпускаемых компанией, можно выделить серии триммеров:

SMD герметизированные керамические триммеры

Миниатюрные SMD керамические триммеры

Сверхкомпактные керамические триммеры для SMD монтажа

Подстроечные конденсаторы с сапфировым диэлектриком

При выборе диэлектрика для высокоточных подстроечных конденсаторов для многих разработчиков особый интерес представляет сапфир. Триммеры с сапфировым диэлектриком (серия AT272 *,AT SM260X, AT SM270X, AT SM280X, AT SM290X) характеризуются высокой добротностью, достаточно низким значением температурного коэффициента, большим сроком службы и обеспечивают отсутствие шумов при настройке оборудования. Кроме того, такие конденсаторы обладают достаточно большой емкостью при небольших размерах корпуса, что позволяет их активно использовать в беспроводных средствах связи, в электрических схемах СВЧ-устройств различного назначения. Благодаря изоляционным свойствам диэлектрического материала и достаточно прочной конструкции корпуса в триммерах достигаются высокие значения напряжения электрического пробоя.

Триммеры с сапфировым диэлектриком

* — значение приводится для стандартных серий

Подстроечные конденсаторы с воздушным диэлектриком

Серия воздушных подстроечных конденсаторов (AT 5200, AT 5400, AT 5500 , AT 5600, AT 5700, AT 5800 и др.) была специально разработана компанией Temex-Ceramics для применения в СВЧ устройствах различного функционального назначения. Воздух в сравнении с твердыми диэлектриками обладает целым рядом положительных свойств: малой проводимостью, отсутствием зависимости диэлектрической проницаемости (ε) от частоты, малой зависимостью ε от температуры, давления и влажности. Кроме того, при использовании такого диэлектрика наиболее просто осуществляется изменение емкости за счет взаимного перемещения пластин. Использование воздуха в качестве диэлектрика позволяет создать наиболее простые конструкции с улучшенными электрическими свойствами (малый тангенс угла потерь, невысокие значения ТКЕ, стабильность емкости), что позволяет их использовать в кварцевых генераторах и фильтрах, мобильных радиоустройствах, авиационных средствах связи, радиолокаторах, в кабельном телевидении и др.

Триммеры Temex-Ceramics с воздушным диэлектриком

Высоковольтные подстроечные конденсаторы Temex-Ceramics

Компания Temex-Ceramics разработала специальную серию немагнитных высоковольтных подстроечных конденсаторов (AT 52H, AT 55H) на основе тефлонового и сапфирового диэлектрика, которые находят широкое применение в медицине, приборах, работающих на основе магнитно-ядерного резонанса и др.. Поскольку к немагнитным свойствам материалов предъявляются жесткие требования, все выпускаемые изделия соответствуют директиве RоHS. Среди производимых Temex-Ceramics немагнитных триммеров можно выделить:

Высоковольтные триммеры Temex-Ceramics с тефлоновым диэлектриком

Серия триммера	Диапазон емкостей (пФ)	Номинальное напряжение (VDC)	Допустимое напряжение (VDC)	Диапазон рабочих температур, °С	ТКЕ, ppm/°C	Q, при C_max	Подробнее
AT52H
AT 52H01 AT 52H02	1.5 — 10.0	1250	2500	-55÷+125	50+/-40	>1400 при 195 МГц
AT55H
AT 55H01 AT 55H02	1.5 — 19.0	1000	2000	-55÷+125	0+/-50	>1000 при 175 МГц

Высоковольтные триммеры Temex-Ceramics с сапфировым диэлектриком

SMT керамические чип конденсаторы LaserTrim

Керамические чип компоненты LaserTrim характеризуются достаточно низкой себестоимостью (в сравнении с триммерами других серий) и подходят для использования в устройствах, чувствительным к вибрации и шумам, где механическая подстройка запрещена. Конденсаторы LaserTrim характеризуются высокой добротностью, компактностью, низким дрейфом емкости, высоким сопротивлением изоляции и др. Основные области применения: сотовая связь, радиомодемы, блоки дистанционного управления. Кроме того, конденсаторы этой серии широко используют в узлах электрических схем в: осцилляторах, фильтрах, антеннах и др.

Конденсаторы LaserTrim

Серия	Емкость, (пФ)	Отклонение от емкости	Номинальное напряжение (VDC)	Диапазон рабочих температур, °С	ТКЕ, ppm/°C	Подробнее
L14 L15 L18 L41	1-21	-0%/+25%	50	-55÷+125	0+/-30

Тюнеры Temex-Ceramics

Тюнеры используют для точной настройки таких СВЧ компонентов как, фильтры, резонаторы, осциллографы, волноводы, диэлектрические резонаторы и др.. Высокая надежность конструкции, стабильность параметров после настройки, наличие блокирующих пазов и регулировка шума обеспечивает использование тюнеров в заданном диапазоне частот. Основные области применения таких компонентов — космическое приборостроении, волноводы, преобразователи сопротивления и др. СВЧ тюнеры

ФЕРРИТ-ХОЛДИНГ: Новости

30.12 20

Уважаемые коллеги, обращаем Ваше внимание, что 31.12.2020 склад и офис компании Лэпкос будут работать до 13.00. 01.01.2021-10.01.2021 — выходные дни. С 11 января интернет-магазин, офис и склад продолжат работу в обычном режиме.

30.12 20

Уважаемые коллеги! Коллектив компании Лэпкос поздравляет Вас с наступающими праздниками Новым годом и Рождеством!
Желаем Вам крепкого здоровья и благополучия! Пусть Новый год принесет множество новых достижений, интересных проектов, радостных событий и счастливых моментов!

24.11 20

27.10 20

Уважаемые клиенты! С 6 октября 2020 года сумма минимального заказа составляет 2000 руб + НДС (20%)

01.10 20

С 1 октября 2020 года компания ЛЭПКОС расширяет статус официального дистрибьютора TDK (Epcos) по ферритовым сердечникам и аксессуарам с территории России и СНГ до стран Европы.

Подстроечные (Полупеременные) конденсаторы | Основы электроакустики

Полупеременные конденсаторы

Полупеременные или подстроечные конденсаторы используют при настройке аппаратуры Различают конденсаторы с воздушным и твердым (керамическим) диэлектриком

Воздушные конденсаторы полупеременной емкости выпускают плоскими и цилиндрическими. Плоские представляют собой много-пластинчатую конструкцию, установленную на керамической плате. Между неподвижными пластинами статора вводят жестко закрепленные на оси подвижные пластины ротора. Наиболее распространены плоские подстроеч-ные воздушные конденсаторы КПВ и малогабаритные КПВМ, а также цилиндрические воздушно-керамические KB К,

Керамические подстроечные конденсаторы КПК имеют большое количество типоразмеров. Наиболее часто применяют роторные. На статор и ротор конденсатора нанесены серебряные обкладки в форме полукруга. При повороте ротора происходит уменьшение площади перекрытия обкладок,- вследствие чего меняется емкость конденсатора. Пределы изменения емкости подстроечных конденсаторов и их рабочие напряжения приведены в Таблице

Конденсатор	Номинальное напряжение, В		Пределы номиналных емкостей, пФ	Температурный коэффициент емкости на 1° С
Конденсатор	высокой частоты	постоянное	Пределы номиналных емкостей, пФ	Температурный коэффициент емкости на 1° С
КПК-1	250	500	2—7; 4—15; 6—25; 8—30	От 200 до 800
КПК-2	250	500	8—60; 10—100; 25—150	200 — 800
КПК-3	250	500	8—60, 10—100;	200 — 800
			25—150
КПК-Т	—	500	1—10; 2—15; 2—20; 2—25	±400

Переменный конденсатор (конденсатор переменной ёмкости, КПЕ) — конденсатор, электрическая ёмкость которого может изменяться механическим способом, либо электрически, под действием изменения напряжения, либо при изменении температуры. Переменные конденсаторы обычно применяются в колебательных контурах для изменения их резонансной частоты — например, во входных цепях радиоприёмников, в усилительных каскадах и генераторах высокой частоты, антенных устройствах. Ёмкость переменных конденсаторов обычно изменяется в пределах от единиц до нескольких десятков или сотен пикофарад.
По назначению переменные конденсаторы подразделяются на

предназначенные для частой перестройки в процессе эксплуатации (например, для настройки приёмника или передатчика),
подстроечные (триммеры, в советской литературе до 1950-х гг. назывались также полупеременными), которые регулируются относительно редко, только при наладке аппаратуры.

Подстроечные конденсаторы проще по устройству (в них нет необходимости применять качественные подшипники и т. п.) и обычно имеют более узкий диапазон изменения ёмкости.
Очень распространены блоки КПЕ, состоящие из двух, трёх и более секций с одинаковым или разным диапазоном ёмкостей, установленных на одном валу. Они применяются, когда нужно обеспечить согласованную перестройку нескольких контуров, например, входного фильтра, фильтра промежуточной частоты и гетеродина в радиоприёмнике. Нередко в такой блок встраиваются и несколько подстроечных конденсаторов для точной подгонки ёмкостей отдельных секций.
Механические КПЕ:

с воздушным диэлектриком;
с твёрдым диэлектриком;
вакуумные;

Электрические КПЕ:

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

Конденсаторы переменной емкости
Часть 1
В. Кочемасов, к. т. н.1, С. Хорев 2

УДК 621.319.4 | ВАК 05.27.01

Во многих электронных компонентах и системах используются конденсаторы переменной емкости или подстроечные конденсаторы, с помощью которых можно выполнять настройку параметров этих устройств. Сегодня существует множество разновидностей таких конденсаторов, различающихся типом применяемых в них диэлектриков, конструкцией, емкостями и рядом других параметров. Об основных типах, характеристиках и производителях современных конденсаторов переменной емкости рассказывается в статье.

Подстроечный конденсатор, называемый также триммер (англ. trimmer) – это малогабаритный конденсатор переменной емкости, применяемый для точной настройки колебательных контуров и других электрических цепей. Большая Советская Энциклопедия определяет триммер таким образом:
«Триммер в радиотехнике, полупеременный конденсатор, подстроечный конденсатор, конденсатор электрический малой переменной ёмкости с фиксируемой настройкой, используемый главным образом в качестве подстроечного элемента резонансных колебательных контуров. Подстройку Т. выполняют, как правило, при изготовлении радиоэлектронного устройства, после чего положение подвижных частей Т. фиксируется и при эксплуатации устройства не изменяется. Конструктивно Т. представляет собой упрощённый плоский конденсатор переменной ёмкости с одной статорной и одной роторной пластинами либо реже – систему, состоящую из двух (и более) коаксиальных керамических цилиндров или металлических пластин с воздушным зазором, из керамической металлизированной трубки и стержня и т. п. Ёмкость Т. и диапазон её изменения обычно составляют несколько пф или несколько десятков пф».

Буква «Т» в приведенной цитате означает «триммер». Правило обозначения терминов одной буквой было принято в советских энциклопедических и справочных изданиях.
Важно иметь ввиду, что на настоящий момент не существует достаточно четкого определения, различающего переменные и подстроечные конденсаторы. В частности, в ГОСТ 21415-75 от 1 января 1977 года, действующем по настоящее время, различие в определении данных типов конденсаторов заключается в том, что конденсаторы переменной емкости (КПЕ) предназначены для использования в процессе функционирования аппаратуры, а подстроечные конденсаторы – в процессе ее подстройки.

Поэтому в англоязычной литературе часто вместе с термином trimmer используются понятия preset capacitor или tuning capacitor. В целом же, различие между переменными (КПЕ) и подстроечными конденсаторами достаточно условное, но принято считать, что оно заключается в следующем:
конденсаторы переменной емкости имеют более широкий диапазон изменения емкости.

Иными словами, у переменных конденсаторов большая разница между минимальной и максимальной емкостью, которая также называется переменной частью емкости. Иногда для оценки диапазона изменения емкости применяется не нормируемый параметр – коэффициент перекрытия по емкости, представляющий собой частное от деления максимальной емкости на минимальную. Для переменных конденсаторов он должен быть не менее 5;
подстроечные конденсаторы имеют меньший шаг изменения емкости, то есть у них больше число полных оборотов на перестройку емкости от минимальной до максимальной;
качество исполнения подвижных частей. Поскольку подстроечные конденсаторы фиксируются сразу после подстройки аппаратуры, к их подвижным частям предъявляются менее высокие требования по надежности, в частности по устойчивости к механическим нагрузкам. Для переменных конденсаторов характеристики, определяющие качество и надежность (тип подшипника, люфт ротора, прочность на стирание и др.) – одни из важнейших. Как правило, такие характеристики указываются в технической документации.

В целом же, как показывает практика, в некоторых случаях, в зависимости от требований, предъявляемых к радиоаппаратуре, переменные и подстроечные конденсаторы вполне успешно заменяют друг друга. Чаще всего производитель сам указывает в описании тип конденсатора.

Можно выделить следующие возможные области применения подстроечных конденсаторов:

точная настройка колебательных контуров, в том числе непосредственно в процессе изготовления и сборки электронных устройств или их узлов;

точное согласование передающих линий по волновому сопротивлению;

точная настройка и согласование полос пропускания (или режекции) фильтров и других полосовых устройств.

У переменных конденсаторов, в силу особенностей их конструкции и назначения, существуют, помимо общих для всех конденсаторов параметров, присущие только им характеристики. К ним относятся:
Максимальная и минимальная емкость (Cmax / Cmin). Для подстроечных (и переменных) конденсаторов вместо параметра номинальная емкость применяются параметры минимальной и максимальной емкости. Это минимальное и максимальное значения емкости конденсатора, которые могут быть получены перемещением его подвижных частей. Они определяются конструкцией конденсатора, его исполнением и материалом диэлектрика.

Рабочее (Uраб) и предельное рабочее (Uпред) напряжение. Рабочим напряжением конденсатора называется такое напряжение в цепи, в которую он включен, при котором конденсатор в заданных условиях эксплуатации гарантированно сохраняет свои параметры в течение срока службы. Для выполнения этих условий рабочее напряжение не должно превышать номинальное напряжение конденсатора. Предельное рабочее напряжение – это напряжение, при котором происходит электрический пробой слоя диэлектрика и выход конденсатора из строя.

Резонансная частота конденсатора (Serial Resonance Frequency, SRF). Резонансная частота конденсатора – это частота, на которой индуктивная составляющая его импеданса (определяемая эквивалентной последовательной индуктивностью конденсатора (ESL)) равна и противоположна по фазе емкостной составляющей (определяемой номинальной емкостью конденсатора). При этом следует иметь ввиду, что, как отмечалось выше, для конденсаторов переменной емкости понятие номинальной емкости заменяется предельными значениями емкости – минимальной и максимальной. Поэтому в данном случае под номинальной емкостью следует понимать текущее значение емкости, на которое был перестроен конденсатор. На резонансной частоте конденсатор начинает работать как сопротивление, равное по значению эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR). На частотах выше SRF конденсатор ведет себя, как индуктивность, поэтому рабочая частота конденсатора не должна превышать SRF. Для гарантированного применения конденсатора в электрических цепях рабочая частота этих цепей должна быть много ниже, чем SRF. Если рассматривать конденсатор по его эквивалентной схеме, то SRF иногда называют частотой последовательного резонанса – в отличие от частоты параллельного резонанса (PRF), первую гармонику которой на практике определяют как двойную частоту последовательного резонанса.

На рис. 1 [1] на примере конденсаторов серии U компании AVX (цифрами указан тип конденсатора) показана типичная зависимость частоты последовательного резонанса (SRF) от значения емкости конденсатора. Из рис. 1 видно, что с ростом номинала конденсатора частота последовательного резонанса уменьшается. Это означает, что конденсаторы большего номинала можно применять на более низких частотах, чем конденсаторы меньшего номинала. На частотах, бóльших частоты последовательного резонанса, конденсатор будет работать как сосредоточенная индуктивность.

Момент вращения. Это минимальный момент силы, необходимый для непрерывного перемещения подвижных частей подстроечного конденсатора.

Число полных оборотов. Это число полных оборотов подвижных частей конденсатора, которые необходимо произвести для перестройки его емкости от минимальной до максимальной.

Температурный коэффициент емкости (ТКЕ). При изменении температуры окружающей среды изменяются размеры обкладок конденсатора, расстояние между ними, а также значение диэлектрической постоянной диэлектрика. Зависимость емкости конденсатора от температуры, как правило, нелинейная, но для некоторых типов диэлектриков, применяемых при изготовлении конденсаторов, она приближается к линейной. Поэтому ТКЕ может быть определен как относительное изменение емкости конденсатора при изменении температуры окружающей среды на один градус Цельсия (Кельвина). ТКЕ применяется для характеристики конденсаторов с зависимостью емкости от температуры, которую можно считать линейной. Для конденсаторов с нелинейной зависимостью емкости от температуры, а также с большим уходом емкости при изменении температуры, обычно указывают относительное изменение емкости в диапазоне рабочих температур. В случае конденсаторов переменной емкости ТКЕ определяет изменение под влиянием температуры граничных значений емкости (Cmin / Cmax) и дрейф текущего значения емкости, на которое перестроен конденсатор. При этом все расчеты с использованием ТКЕ следует производить исходя из текущего значения емкости конденсатора.

Добротность (Q‑factor). Добротность конденсатора определяется как величина, обратная тангенсу угла потерь. В свою очередь тангенс угла потерь характеризует потери энергии в конденсаторе и определяется отношением активной мощности к реактивной при синусоидальном напряжении определенной частоты. Таким образом, добротность показывает, насколько конденсатор отличается от идеального конденсатора, в котором потери минимальны, а угол сдвига фаз между напряжением и током составляет 90°.
В реальном конденсаторе угол сдвига фаз уменьшается, а потери в силу этого возрастают. Конкретное значение добротности зависит от типа диэлектрика, конструкции конденсатора, температуры окружающей среды и частоты переменного тока, на которой измеряется добротность. Типичная зависимость добротности от частоты приведена на рис. 2 [2].
Кривые на рис. 2 соответствуют разным типам диэлектрика, примененного в конденсаторах. Конструктивное исполнение конденсаторов одинаковое. Как видно из рис. 2, с увеличением частоты добротность конденсатора уменьшается, что связано, в первую очередь, с частотными свойствами диэлектрика.

Сопротивление изоляции. Этот параметр определяет электрическое сопротивление конденсатора постоянному току определенного напряжения. Сопротивление изоляции характеризует качество диэлектрика и качество изготовления конденсатора и зависит, в первую очередь, от типа диэлектрика. Сопротивление изоляции для конденсатора пропорционально площади обкладок и диэлектрической постоянной диэлектрика, то есть номинальной емкости конденсатора для заданного типа диэлектрика. Для конденсаторов переменной емкости сопротивление изоляции указывается отдельно для минимального и максимального значения емкости. Этот параметр определяет способность конденсатора сохранять заряд, поскольку из-за тока утечки, протекающего через слой диэлектрика между обкладками и по поверхности диэлектрика, предварительно заряженный конденсатор с течением времени теряет заряд. Этот эффект иногда называют саморазрядом конденсатора. В технической документации на конденсаторы сопротивление изоляции (утечки) часто определяют через постоянную времени саморазряда конденсатора, которая численно равна произведению емкости на сопротивление утечки. Для неподключенного к электрической цепи конденсатора под сопротивлением утечки понимается эквивалентное последовательное сопротивление (ESR), а постоянная времени саморазряда – это время, за которое начальное напряжение на конденсаторе уменьшается в e раз.

Диапазон рабочих температур. Это такой температурный диапазон, в котором конденсатор не только сохраняет работоспособность, но гарантированно обеспечивает параметры, заявленные производителем и указанные в технической документации. Изменение температуры приводит к изменению механических и электрических характеристик конденсатора и, как правило, к увеличению его паразитных параметров, в частности импеданса и тангенса угла потерь. При этом следует иметь в виду, что разные производители определяют требования к диапазону рабочих температур по-разному.

Например, европейские производители руководствуются, как правило, стандартом МЭК 60068-1, в соответствии с которым ESR конденсатора на нижней границе температурного диапазона должно быть не более чем в семь раз больше, чем при температуре 20 °C. Если конденсатор будет использоваться при температуре, ниже указанной в технической документации, то необходимо учитывать снижение емкости, увеличение ESR и импеданса. Вообще же конденсатор может быть включен в работу при температуре вплоть до минимальной температуры хранения (например, –65 °C). Азиатские производители указывают температурный диапазон без ссылки на какой-либо международный стандарт вообще и руководствуются в этом вопросе только своими внутренними правилами. Поэтому при определении возможности применения конденсатора в тех или иных температурных условиях нужно руководствоваться не только технической документацией, но и данными о конкретном производителе.

Устойчивость к механическим воздействиям. При эксплуатации и транспортировании аппаратуры конденсаторы, установленные в ней, подвергаются воздействию механических нагрузок различного вида: вибрации, одиночным и многократным ударам, линейному ускорению, акустическим нагрузкам. Наиболее опасны вибрационные и ударные нагрузки.

Воздействие механических нагрузок, превышающих допустимые нормы, может вызвать обрывы выводов и внутренних соединений, увеличение тока утечки из-за механического повреждения пластин и диэлектрика, появление трещин в керамических корпусах и изоляторах, снижение электрической прочности, изменение установленной емкости.
Высокие уровни разрушающих усилий могут возникать при воздействии ударных нагрузок, если составляющие спектра ударного импульса совпадают с собственными резонансными частотами конденсатора. Особую важность внешние механические воздействия имеют для переменных конденсаторов, поскольку подвижные части конденсаторов наиболее чувствительны к ним. При этом могут нарушаться практически все самые важные для переменных конденсаторов параметры: точность перестройки емкости, добротность, момент вращения, минимальная и максимальная емкости. Предельно допустимые значения внешнего механического воздействия на конденсаторы, в частности вибрации и ударных нагрузок, определяются соответствующими нормативами, например ГОСТ 17516.1-90 или ГОСТ 30630.0.0-99, и указываются в технической документации.

Следует отметить, что на настоящий момент не существует сколько-нибудь единой и устоявшейся системы классификации не только триммеров, но и вообще конденсаторов как класса устройств для электронной техники. Ситуация усугубляется еще и тем, что с появлением новых материалов, которые используются при изготовлении конденсаторов, список типов конденсаторов постоянно расширяется и изменяется. Тем более, что многие производители ставят себе в заслугу именно разработку новых материалов с интересными свойствами. Тем не менее можно отметить несколько основных типов конденсаторов, которые отмечают производители в перечне своей продукции.

В силу особенностей поведения воздуха как диэлектрика, он применяется чаще всего именно в переменных и подстроечных конденсаторах. К положительным свойствам воздуха можно отнести отсутствие старения, то есть электрические свойства воздуха не изменяются со временем. Кроме того, использование воздуха в качестве диэлектрического материала обеспечивает малые диэлектрические потери и быстрое восстановление электрической прочности после пробоя.

К недостаткам, ограничивающим возможности практического применения конденсаторов с воздушным диэлектриком, относятся:

невысокая электрическая прочность и малое напряжение пробоя;

низкая теплопроводность;

сильная зависимость от параметров окружающей среды, особенно от влажности.

Независимо от конструктивного исполнения, в переменных конденсаторах воздух находится между подвижной и неподвижной обкладками конденсатора. Это показано на рис. 3 [3, 4] на примере конструкции конденсатора компании Voltronics (сейчас компания Voltronics входит в группу компаний Exxelia).

Как видно из рис. 3, воздух находится между неподвижным корпусом конденсатора и подвижным, но не вращающимся центральным электродом. Изменение емкости происходит при изменении воздушного зазора между обкладками. Для предотвращения выхода воздуха применена герметичная кольцевая прокладка. Внешний вид некоторых переменных конденсаторов разного исполнения с воздушным диэлектриком показан на рис. 4а [4], рис. 4б [5] и рис. 4в [6].

Следует также отметить, что в зависимости от конструктивного исполнения емкость переменного конденсатора с воздушным диэлектриком может изменяться от минимальной до максимальной за один оборот подвижной части (single turn) или же за несколько оборотов (multi turn). В частности, для конденсатора на рис. 4а требуется 10 полных оборотов подвижной части для изменения емкости от минимальной до максимальной, а для конденсатора на рис. 4б – только один.

На рис. 5 [7] приведено типичное поведение добротности в зависимости от частоты для некоторых моделей триммеров с воздушным диэлектриком компании Temex Ceramics (в настоящий момент компания Temex Ceramics входит в группу компаний Exxelia).

Данный тип конденсаторов относится к так называемым пленочным (Film) конденсаторам, в которых в качестве диэлектрика используются пленки из органических или неорганических материалов. PTFE – это аббревиатура от полного названия материала – политетрафторэтилен. Другие названия этого материала – тефлон (торговая марка компании DuPont) или фторопласт‑4, принятое ранее в СССР и применяемое в настоящее время в России. Существуют также названия и обозначения PTFE, применяемые реже, в частности Fluon G163, Fluon G190, Algoflon F, Hostaflon TF 1702, Polyflon M 12, Polyflon M 14.

Конденсаторы, изготовленные на основе фторопласта‑4, обладают рядом несомненных преимуществ по сравнению с конденсаторами, изготовленными на основе других материалов. Особо следует отметить следующие из них:

высокая теплопроводность. В силу этой особенности диэлектрическая проницаемость PTFE практически не зависит от температуры. Во всём диапазоне температур, в котором фторопласт‑4 сохраняет свои физические и химические свойства, она меняется незначительно и изменение происходит линейно. Без соответствующих присадок диэлектрическая проницаемость фторопласта‑4 составляет от 1,9 до 2,2 в зависимости от плотности спекания;

широкий диапазон рабочих частот. Диэлектрическая проницаемость фторопласта‑4 определяется только плотностью материала и не зависит от частоты, что позволяет применять конденсаторы на основе PTFE во всём диапазоне частот вплоть до 10 ГГц;

крайне низкие диэлектрические потери. На частотах до 10 ГГц тангенс угла диэлектрических потерь фторопласта‑4 не превышает 0,0002. Он остается неизменным в температурном диапазоне от –190 до 250 °C. Но даже при нагреве свыше 300 °C фторопласт‑4 сохраняет свои электрические свойства;

высокая электрическая прочность. У фторопластовой пластины толщиной 0,005–0,02 мм электрическая прочность составляет 200–300 кВ / мм, что позволяет применять триммеры на основе фторопласта‑4 в высоковольтных цепях.

Вместе с тем, следует отметить ряд параметров, которые ограничивают применение фторопласта‑4 в качестве диэлектрика в переменных и подстроечных конденсаторах. К ним относятся:

низкая механическая прочность чистого фторопласта‑4. Наличие подвижных частей в переменных и подстроечных конденсаторах приводит к механическому стиранию пластин фторопласта, изменению его толщины и, таким образом, изменению емкости конденсатора. Механическая прочность фторопласта‑4 может быть увеличена введением особых присадок при варке, например стекловолокна, кокса, графита, дисульфида молибдена. Присадки увеличивают механическую прочность исходного материала, но изменяют его электрические свойства. Тип присадки, как правило, указывается в технической документации;

высокая холодная текучесть. Под воздействием постоянного внешнего механического давления фторопласт‑4 теряет свою форму и становится пластичным, что приводит к изменению формы пластин диэлектрика и, как следствие, емкости конденсатора. Это особенно существенно для подстроечных конденсаторов, в которых механическим образом устраняется воздушный зазор между диэлектриком и металлическими обкладками конденсатора.

Одна из компаний, выпускающих переменные и подстроечные конденсаторы с PTFE в качестве диэлектрика, – Vishay. На рис. 6а [8] и рис. 6б [9] приведены две модели конденсаторов этой компании. Их отличительной особенностью является то, что корпуса конденсаторов изготовлены из высокотемпературного пластика полисульфон (PSU), что позволяет применять эти устройства при внешних температурах до 125 °C. Неподвижная обкладка термическим способом вварена в корпус, что исключает появление люфта при частом вращении ротора. Статор и контакты ротора гальваническим способом покрыты оловом или никелем (для дешевых моделей) или золотом (для дорогих моделей).

В этой группе конденсаторов необходимо отметить также изделия компании Polyflon, линейка конденсаторов которой приведена на рис. 7 [10]. Конденсаторы этой компании изготовлены на основе тефлона (полифлона). Их особенность – прочное молекулярное сцепление (за счет взаимной адгезии материалов) тефлона и медных элементов конструкции, что исключает появление коронного разряда и позволяет использовать данные конденсаторы в высоковольтных цепях. Например, конденсаторы серии RP имеют пиковое рабочее напряжение от 1 до 10 кВ, а конденсаторы серии RFFC – импульсное пиковое рабочее напряжение от 5 до 15 кВ.

Следует отметить также высоковольтные конденсаторы компании Voltronics [11]. На рис. 8 [11] приведены триммеры серии NT, диапазон рабочих напряжений которых составляет от 6 до 15 кВ. Отличием от приведенных выше конденсаторов компании Polyflon является то, что часто вместо меди Voltronics применяет покрытый серебром никель, что существенно снижает стоимость продукции. В линейке триммеров и переменных конденсаторов компании существует даже отдельный класс бюджетных (Low Cost) конденсаторов.

При выборе конденсаторов компании Voltronics необходимо обращать внимание на маркировку изделия, в которой указывается возможная область применения. В частности, высоковольтные конденсаторы в названии имеют литеры HV – High Voltage. Выпускаются также конденсаторы с литерами NM – Non-Magnetic (немагнитные). Voltronics разработана специальная процедура правильной подстройки, которой рекомендуется придерживаться при использовании конденсаторов данной компании.
Стоит отметить, что компании Polyflon и Voltronics – прямые конкуренты, поскольку претендуют на один и тот же сегмент рынка. Поэтому их технические решения во многом похожи.

Переменные и подстроечные конденсаторы с диэлектриком на основе сапфира относятся к типу изделий с неорганическим диэлектриком. При их производстве чаще всего применяется искусственно выращенный бесцветный сапфир, так называемый лейкосапфир. По химическому составу сапфир представляет собой оксид алюминия Al2O3. Поскольку сапфир является кристаллическим материалом, то его физические и химические свойства сильно зависят от того, как была обработана исходная заготовка. Так, например, диэлектрическая постоянная сапфира, распиленного параллельно оптической оси, на частоте 10 ГГц составляет 11,5, а распиленного перпендикулярно оптической оси – 9,3 на той же частоте. Особые свойства сапфира делают его перспективным материалом для изготовления переменных и подстроечных конденсаторов.

Для сапфира характерны:

высокая механическая прочность на стирание. Сапфир характеризуется высокой твердостью, которая составляет девять единиц по шкале Мооса. Это особенно важно для переменных и многооборотных подстроечных конденсаторов, поскольку при многократных поворотах подвижных частей не происходит стирание пластин диэлектрика. Так например, подстроечные конденсаторы серии Р компании Voltronics выдерживают не менее 10 000 полных оборотов подвижных частей;

диэлектрическая постоянная сапфира не зависит от частоты, что дает возможность применять конденсаторы на основе сапфира на частотах выше 10 ГГц;

диэлектрические потери сапфира крайне малы и не превышают 0,0003 на частоте 10 ГГц;

кристаллическая структура сапфира, его термические и электрические характеристики позволяют получать конденсаторы с очень высокой добротностью.

На рис. 9 [12] приведена типовая зависимость добротности от частоты конденсаторов компании Temex Ceramics (рис. 10) [13].

Вместе с тем следует отметить, что имея высокую механическую прочность, сапфир как материал довольно хрупок. Поэтому изделия из него, в том числе конденсаторы, имеют малую прочность на удар. Кроме того, несмотря на появление новых технологий изготовления сапфира, он остается достаточно дорогим материалом. Поэтому сапфировые переменные и подстроечные конденсаторы, особенно сверхвысокочастотные, дороже аналогичных конденсаторов, изготовленных на основе других материалов. Что, тем не менее, окупается их свойствами и характеристиками.

В линейке сапфировых конденсаторов компании Temex Ceramics следует отметить немагнитные конденсаторы, например серий AT 57250, AT 57290, TG 091, TG 092. Как правило, их металлические части изготавливаются из немагнитных металлов и покрываются серебром. Отдельный интерес представляют в этом отношении триммеры, выполненные из инвара – сплава железа и никеля, по стандартам США он обозначается как FeNi36 или 64FeNi (число обозначает процентное содержание данного элемента в сплаве). Отличительная особенность инвара – малый температурный коэффициент линейного расширения, в силу чего геометрические размеры изделия (а также емкость, которая с ними связана) практически не зависят от температуры окружающей среды. Данный эффект определяется тем, что тепловое расширение компенсируется магнитострикцией сплава. Несколько моделей этих конденсаторов приведены на рис. 11 [14].

Каталог компании AVX Corporation: AVX Surface Mount Ceramic Capacitors Products. P. 10.
Каталог компании Voltronics: Ceramic Chip Trimmer Capacitors. P. 9.
Каталог Knowles Precision Devices (подразделения компании Knowles Corporation): Trimmers and non-magnetic components. P. 15.
Каталог продукции компании Voltronics. – М.: ООО «Радиокомп», 2009. С. 5.
https://www.tronser.de/en/products/products-trimmer/
air-plate-trimmer/10-1606.html
Материалы компании Temex Ceramics: Air Trimmer Capacitors. Miniature, Standard & High Voltage Series. P. 1.
Материалы компании Temex Ceramics: Air Trimmer Capacitors. Miniature, Standard & High Voltage Series. P. 4.
Vishay BCcomponents: Film Dielectric Trimmers. Document Number: 28529.
Vishay BCcomponents: ø7.5 mm Film Dielectric Trimmers. Document Number: 28527.
http://www.polyflon.com/products/capacitors/
Материалы компании Voltronics: High Voltage PTFE Trimmer Capacitors. 6KV TO 15KV.
Материалы компании Temex Ceramics: GigaHertz Sapphire Trimmer Capacitors. P. 2.
Материалы компании Temex Ceramics: GigaHertz Sapphire Trimmer Capacitors. P. 1.
http://www.exxelia.com/en/product/detail/595/
custom-invar-tuning-element

Конденсаторы с переменной емкостью

Переме́нный конденса́тор (конденсатор переменной ёмкости, КПЕ) — конденсатор, электрическая ёмкость которого может изменяться механическим способом, либо электрически, под действием изменения приложенного к обкладкам напряжения.

Переменные конденсаторы применяются в колебательных контурах и других частотозависимых цепях для изменения их резонансной частоты — например, во входных и цепях гетеродина радиоприёмников, в цепях коррекции амплитудно частотных характеристик усилителей, генераторах, антенных устройствах.

Ёмкость переменных конденсаторов с механическим изменением ёмкости обычно перестраивается в пределах от единиц до нескольких десятков или сотен пикофарад.

Чаще всего в наземных устройствах изменяют емкость контура, используя воздушные переменные конденсаторы. В зависимости от угла поворота роторных пластин относительно статорных изменяется действующее значение емкости между ними. При этом варьируемой величиной является площадь пластин, а зазор и диэлектрическая постоянная остаются неизменными.

За счет выбора формы пластин КПЕ можно получить различные виды зависимости емкости от угла поворота ротора. Наиболее распространены прямочастотные (прямоволновые) и прямоемкостные КПЕ. У прямоемкостных частота настройки контура, в котором используется такой конденсатор, меняется пропорционально углу поворота ротора; у прямочастотных зависимость выбрана такой, что пропорционально углу поворота ротора изменяется резонансная частота колебательного контура, в который включен КПЕ.

На рисунке представлен двухсекционный прямочастотный конденсатор с воздушным диэлектриком, широко применяющийся в радиоприёмниках. Одна из секций включается в контур входного фильтра, вторая — в контур гетеродина. Крайние пластины каждой секции имеют надрезы; отгибая края этих пластин, можно добиться точного согласования ёмкости обеих секций в любом положении.

На рисунке показан подстроечный конденсатор с воздушным диэлектриком и цилиндрическими пластинами: ротор движется по резьбе, «ввинчиваясь» в статор.

Конденсаторы с электрическим изменением емкости (конденсаторы специального назначения):

Конденсаторы специального назначения – это вариконды и варикапы.

Вариконды представляют собой сегнетокерамические конденсаторы, которые используются для управления параметрами электрических цепей, например в умножителях частоты.

Вариконд [англ. varicond, от vari(able) – переменный и cond(enser) – конденсатор], сегнетокерамический конденсатор с резко выраженной нелинейной зависимостью емкости от напряженности электрического поля (вариконд с электрическим управлением емкостью) или от температуры (температурночувствительный вариконд, или термоконденсаторы). Для изготовления варикондов используют несколько видов сегнетокерамики на основе твердых растворов титаната бария, облающих спонтанной поляризацией в рабочем интервале температур; коэф. нелинейности, оцениваемый, отношением максимальной диэлектрической проницаемости к минимальной при наложении управляющего поля смещения, достигает 15.. По конструкции различают дисковые, пластиночные и пленочные (СВЧ) вариконды. Такие конденсаторы характеризуются высокой механической прочностью, долговечностью, устойчивы к вибрациям и действия влаги. Основной недостаток – временная и температурная нестабильность параметров. Применяются в устройствах автоматики и СВЧ техники, электронных часах с термокомпенсацией, медицинских приборах и др.

В варикапах используется изменение ширины базы p-n-перехода при подаче переменного модулирующего напряжения и постоянном запирающем напряжении (порядка 4 В). В этом случае p-n-переход представляет собой конденсатор малой емкости (несколько десятков пикофарад) с возможными пределами ее изменения на несколько единиц пикофарад при амплитуде модулирующего напряжения в несколько десятых вольта. Варикапы используются для частотной модуляции в диапазоне УКВ, а также для автоподстройки.

Для создания конденсаторов в монокристалле полупроводниковых ИС используют емкости p-n-переходов. Однако такие конденсаторы имеют ограниченный диапазон емкостей (20 – 200 пФ), низкую температурную стабильность (10 1/°С) и значительный технологический разброс параметров ( ±30%).

В настоящее время разработан особый класс конденсаторов – ионисторы. Иногда их еще называют суперконденсаторами или золотыми конденсаторами, не потому, что там есть золото. Сам принцип работы ионистора ценее, чем золото. Для того, чтобы получить максимальную емкость необходимо использовать очень тонкий слой диэлектрика или увеличить площадь металлических пластин Так как без конца увеличивать площадь обкладок очень затратно, разработчики решили уменьшить слой диэлектрика. Так как диэлектрический слой между обкладками ионистора , составляет 5-10 нанометров, емкость таких конденсаторов может достигать до десятка фарад. Ионисторы выглядят, как обычные таблетки, а также могут выглядеть как цилиндрические конденсаторы. Для того, чтобы различить их от конденсаторов, достаточно взглянуть на емкость, которая на них указана. Если там единицы Фарад, то это однозначно ионистор!

В настоящее время ионисторы стали очень широко применяться в электронике и электротехнике. Они заменяют маленькие батарейки с малым напряжением, потому что ионистор конструктивно пока что не могут сделать на напряжение более нескольких Вольт. Но можно соединить их последовательно и набрать нужное напряжение. Они также очень быстро заряжаются, так как их сопротивление ограничено только их выводами. А исходя из закона Ома, чем меньше сопротивление проводника, тем большая сила тока течет по нему и, следовательно, тем быстрее заряжается ионистор. Заряжать и разряжать ионисторы можно почти бесконечно.

SMD конденсаторы

SMD компоненты (чип-компоненты) — это компоненты электронной схемы, нанесённые на печатную плату с использованием технологии монтирования на поверхность — SMT технологии (англ. surface mount technology).Т.е все электронные элементы, которые «закреплены» на плате таким способом, носят название SMD компонентов (англ. surface mounted device).

SMD монтаж имеет неоспоримые преимущества:

— радиодетали дешёвы в производстве и могут быть сколь угодно миниатюрны; — печатные платы также обходятся дешевле из-за отсутствия множественной сверловки; — монтаж легко автоматизировать: установку и пайку компонентов производят специальные роботы. Также отсутствует такая технологическая операция, как обрезка выводов.

SMD конденсаторы – это керамические конденсаторы, которые построены по принципу бутерброда.

Строение SMD конденсатора

Они используются в микроэлектронике, так как обладают крошечными размерами и удобны в плане промышленного производства с помощью роботов, которые автоматически расставляют SMD компоненты на плату. Такой тип конденсаторов вы без труда можете найти на платах своих мобильных телефонов, на материнских платах компьютеров, а также в современных гаджетах.

Условное обозначение конденсаторов на электрических схемах:

Условное обозначение вариконда.

Условное обозначение варикапа.

Последовательное соединение конденсаторов

Последовательно соединение конденсаторов позволяет подать на их обкладки большее напряжение, чем на отдельный накопитель. Напряжение на пластинках распределяется в зависимости от емкости элемента.

Если два накопителя обладают одинаковой емкостью, то подведенное напряжение распределяется поровну между ними. Однако суммарная емкость будет в два раза меньше отдельного накопителя.

В общем случае, следует помнить такое правило: при последовательном соединении конденсаторов вместе они способны выдержать большее напряжение, но за это приходится расплачиваться снижением емкости.

Параллельное соединение конденсаторов

Такой способ соединения наиболее распространен в практическом применении, поскольку не всегда хватает емкости одного накопителя особенно в электрических фильтрах качественных блоков питания. Параллельное соединение конденсаторов реализует суммирование емкостей отдельных накопителей. Это довольно просто запомнить, опираясь на приведенную выше формулу, из которой видно, что с увеличением площади пластин повышается емкость. Поэтому при параллельном соединении конденсаторов происходит как бы увеличение площади обкладок, благодаря чему они способны накопить большее число электрических зарядов.

Air Variable — Johnson Panel Mount

27 долларов.95
Нет на складе
167-52-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 5,4-51 пФ, MFR: E. F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
19 долларов.95
В корзину
148-504-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 3,2-35 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
19 долларов.95
В корзину
167-31-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 2,8-11 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
22 доллара.95
Нет на складе
167-23-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 5,9-50 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
21 доллар.95
Нет на складе
167-22-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 3,7-25 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
19 долларов.95
Нет на складе
167-21-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 2,3-10 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
19 долларов.95
Нет на складе
167-4-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 5,2-75 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
19 долларов.95
Нет на складе
167-3-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 4-50 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
19 долларов.95
Нет на складе
167-2-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 2,9-25 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США
18 долларов.95
В корзину
167-1 Переменный конденсатор, монтаж на панели, 2,2-10 пФ, MFR: E.F. Johnson
Больше не доступен для экспорта
Сделано в США

Oil Filled — Конденсаторы

28F2025G-11-3, TKM207, 28F2026, P47729 Конденсатор, фильтр для тяжелых условий эксплуатации, 8 мфд 7 кВ пост. Тока 10%, Sprague, 160-1253 1 мкФ 15 кВ пост. Тока масляный конденсатор, Del Elec, P0705004Y21 Конденсатор с масляным заполнением, 4 мкФ 5000 В пост. Тока, Aerovox (C 6DC8-6.Конденсатор на 25 масл MFD 7500 wvdc, вес 8,85 фунта.

299 долларов.95
Нет на складе
A28F2023G11 Масляный конденсатор, 32 мкФ, 4500 В, MFR: Dielektrol
Доступно ограниченное количество
27 долларов.50
В корзину
H83R665 54 мкФ, 660 ovac, 4 5/8 «x 2 5/8» x 8 «, 5 фунтов, MFR: Aerovox
499 долларов.95
В корзину
05CN0007 Масляный конденсатор CSI, фильтр для тяжелых условий эксплуатации, 53 мкФ 5 кв
149 долларов.95
В корзину
CP70E1EL205K Конденсатор Cornell Dubilier, 2 мфд, 3 кВ постоянного тока. Б / у, состояние отличное. Канистра Размеры 3.75in. х 3,187. x 4,75 дюйма.
Сделано в США
179 долларов.95
В корзину
LDC8-6.25 Конденсатор Sangamo, 6,25 мфд, 8 кВ постоянного тока. Б / у, состояние отличное. Канистра Размеры 3,75 дюйма. х 3,187. x 4,75 дюйма,
Сделано в США
199 долларов.95
В корзину
CP70E1EL205K Конденсатор Cornell Dubilier, 2 мфд, 3 кВ постоянного тока. (NOS)
Состояние отличное. Канистра Габаритные размеры 3.75in. х 3,187. x 4,75 дюйма.
Сделано в США
149 долларов.95
В корзину
CP70E1FL405K Конденсатор пирамидальной формы, 4 мФ, 3 кВ постоянного тока. Б / у, состояние отличное. Размеры канистры 3,75 дюйма. х 4,562. x 4,75 дюйма.
Сделано в США
99 долларов.95
В корзину
CP70E1EM405K Конденсатор General Electric, 4 мкФ, 4 кВ постоянного тока. Б / у, состояние отличное. Канистра Размеры 3,75 дюйма. x 4,562 дюйма. x 9,625 дюйма.
Сделано в США
149 долларов.95
В корзину
CP70E1EM405K Конденсатор Aerovox тип 4009M, 4 мкФ, 4 кВ постоянного тока. Б / у, состояние отличное. Размеры канистры 3,75 дюйма. x 4,562 дюйма. x 9,625 дюйма.
Сделано в США
149 долларов.95
В корзину
CP70E1DM405M Конденсатор, 4 мф, 4 кВ постоянного тока. Б / у, состояние отличное. Размеры канистры 3,687 дюйма. х 4,50 дюйма. х 8,5 дюйма.
Сделано в США

Комплект деталей конденсатора

— Конденсаторы

SMT1206R Набор резисторов SMT, Vector, Комплект конденсаторов TANCHPKIT для танталовых чипов, AVX / KYOCERA, SMT1206CDT Комплект конденсаторов SMT, Vector,

39 долларов.95
В корзину
SMT1206CDT Комплект конденсаторов SMT, Vector
17 долларов.95
В корзину
SMT1206R Набор резисторов для поверхностного монтажа, 300 шт., MFR: Vector Elec.
39 долларов.95
В корзину
TANCHPKIT Комплект конденсаторов для танталовых чипов, жесткий пластиковый корпус, MFR: AVX / Kyocera

с воздушной переменной

Это то, что вежливо можно было бы назвать очень зрелым дизайном, восходящим к Маркони.Однако по сей день он кажется незаменимым во многих приложениях; Подобно медным проводам изоляторов Air1 или керамическим изоляторам, его простота делает их фундаментальным, вневременным компонентом. Большинство из этих приложений связаны с высокой частотой, высокой мощностью и низкими потерями.

Классическим приложением является Marconi’s — приложения для настройки коротковолнового радио. Хотя большая часть радиооборудования сейчас является твердотельным, наши конденсаторы все еще используются во многих линейных усилителях и антенных тюнерах. Эта коротковолновая передача предлагает преимущества экономии, долговечности, простоты обслуживания и ностальгии; он также подходит для самостоятельных модификаций и экспериментов любителями.

Наши конденсаторы все еще используются в некоторых военных радиочастотных приложениях, включая системы наведения ракет; Однако по общему признанию, это старинные системы 1960-х годов, и конденсаторы, которые мы сейчас продаем, используются для запасных частей или запасных частей.В то время они были включены в конструкцию отчасти из-за их относительной стойкости к электромагнитным импульсам (ЭМИ), выбросу электрической энергии, создаваемому ядерным взрывом, который плохо влияет на современные схемы. Сегодня проводятся эксперименты по использованию генерируемого традиционным способом ЭМИ в оружии, которое может прервать работу цепи; Примером его использования полицией может быть остановка убегающей машины. Это наводит на мысль о возможных будущих применениях воздушных переменных конденсаторов в устройствах с защитой от ЭМИ.
В настоящее время конденсаторы с воздушной переменной производительностью в основном применяются в современном производственном оборудовании. Наши конденсаторы используются в схемах согласования ВЧ, которые управляют плазмой, используемой для различных передовых процессов, включая осаждение проводящих материалов на кремниевые подложки и травление (удаление материала или загрязнений). Эти устройства требуют высокой производительности от конденсаторов, и мы разработали и усовершенствовали наш высокоамперный электрический контакт и нашу немагнитную первичную обмотку M73 для этого применения.
Еще одно применение, требующее немагнитного конденсатора, — это устройства магнитно-резонансной томографии (МРТ), основное медицинское применение конденсаторов переменной емкости. Другие приложения находятся в стадии разработки, многие из которых предполагают использование контролируемой плазмы в качестве неинвазивных хирургических инструментов.
Применяется в КИПиА для конденсаторов переменной емкости из-за их замечательной стабильности в течение продолжительных периодов времени и в широком диапазоне условий. Одно очевидное применение — это прецизионные измерители емкости.Другие применения включают тестирование свойств воздуха (или других газов или веществ, в которые погружен конденсатор) между лопастями, например, влагомеры для сельскохозяйственных силосов. Наши конденсаторы также использовались в оборудовании для химического анализа масс-спектроскопии.
Постоянно появляются новые приложения, и наша компания всегда рада помочь экспериментаторам, изобретателям и университетам в разработке новых продуктов.

Традиционные конденсаторы с воздушной переменной мощностью могут иметь лопасти, форма которых должна иметь линейное изменение емкости при вращении, линейное изменение частоты, так что радиоканалы AM будут равномерно разнесены при вращении, или линейное изменение с длиной волны.

Типы конденсаторов и их применение

Большинство современных электронных схем и устройств состоят из конденсаторов различных типов . Новички в области электроники и опытные инженеры считают эти компоненты весьма интересными благодаря своему применению.

В радиотехнике конденсаторы можно разделить на конденсаторы постоянной емкости и регулируемые конденсаторы . Конденсаторы постоянной емкости можно снова разделить на поляризованные или электролитические конденсаторы и неполяризованные конденсаторы.

Неполяризованные конденсаторы имеют малую емкость и малый ток утечки. Примеры включают керамические, слюдяные, пленочные конденсаторы и т. Д., Некоторые типы неполяризованных конденсаторов. Поляризованный конденсатор имеет большой ток утечки. Электролитические и суперконденсаторы являются примерами поляризованных конденсаторов.

Типы конденсаторов

Существуют разные конденсаторы в зависимости от их диэлектрического материала, который бывает разных форм и размеров. Наиболее широко используются керамические, электролитические, танталовые и суперконденсаторы.Давайте посмотрим на категории и типы конденсаторов.

Конденсаторы переменной емкости

Конденсаторы переменной емкости не что иное, как работают как потенциометр. Это тип конденсатора, емкость которого можно изменять механически или электронно. Его также называют подстроечным конденсатором.

Емкость конденсатора зависит от трех факторов.

Площадь плит, обращенных друг к другу. Изменяя площадь, мы можем изменять емкость.
Расстояние между пластинами. Чем больше расстояние, тем меньше емкость, и наоборот.
Вид диэлектрика.

На практике при конструировании конденсаторов переменной емкости обычно используется первая возможность, т. Е. Изменение площади пластин, обращенных друг к другу. Переменные конденсаторы далее подразделяются на конденсаторы для непрерывного изменения (настроечные конденсаторы , ) и конденсаторы, которые необходимо регулировать только время от времени (подстроечные резисторы , ).

Этот конденсатор дает значение от 10 пФ до 500 пФ. Типы переменных конденсаторов — это подстроечные и подстроечные конденсаторы. Используется для настройки в радиосхемах, передатчиках. Важная способность настроечного конденсатора выдерживать механические удары и вибрации.

Вторая группа конденсаторов состоит из полужестких или подстроечных. Здесь емкость переменная, но не предназначена для частого использования. Триммеры используются только для настройки различных настроенных схем. После того, как эти конденсаторы были отрегулированы, они в основном покрываются лаком, так что во всех смыслах они являются конденсаторами постоянной емкости.Триммеры снова делятся на триммеры воздуха, керамические триммеры и триммеры проволоки, триммеры слюды и т. Д.

Триммер воздуха:

Триммер воздуха состоит из цилиндрического статора, в котором такой же цилиндрический ротор может вращаться на небольшом привинченный стержень.

Минимальная емкость — около 3 пФ, максимальная — 30 или 60 пФ. Поскольку в качестве диэлектрика используется воздух, потери в этих триммерах очень низкие. Регулировка производится с помощью подрезного ключа из изоляционного материала (в виде накидного ключа).

Керамический триммер:

Этот триммер состоит из небольшой керамической трубки, которая служит диэлектриком. Электроды (пластины) образованы гильзой из луженой меди и штырем из луженой меди, который можно ввинтить в керамическую втулку.

Потери в конденсаторах этого типа также очень низкие.

Устройство для обрезки проволоки:

Устройство для обрезки проволоки состоит из небольшой керамической трубки, посеребренной внутри, и нескольких витков проволоки, намотанных близко друг к другу снаружи.

Слой серебра и внешний слой проволоки образуют емкость, которую можно уменьшить путем поворота проволоки. Преимущество этого типа подстроечного конденсатора заключается в том, что он легкий и небольшой по размеру, поэтому его можно монтировать непосредственно в проводке установки. Кроме того, емкость довольно велика из-за керамического диэлектрика и составляет несколько сотен Пф. Недостатком является то, что емкость можно только уменьшить, а не увеличивать, поэтому они обычно используются только для некоторых целей настройки.

Конденсаторы постоянной емкости

Как видно из названия, эти конденсаторы имеют постоянную емкость, которую нельзя изменить. Различные типы конденсаторов фиксированной емкости различаются по диэлектрической проницаемости, как описано здесь.

Пленочные конденсаторы:

В пленочных конденсаторах в качестве диэлектрика используется пластиковая пленка. Существует множество пластиковых пленок, в том числе полиэстер, полистирол, полипропилен, поликарбонат, металлизированная бумага и тефлон, используемые в качестве диэлектрика.В зависимости от типа пленки они классифицируются как бумажные и металлопленочные.

Доступны в диапазоне от 5 пФ до 100 мкФ. Конденсаторы этого типа имеют меньшие допуски и работают при высоких температурах. Их можно использовать в схемах выборки и хранения, в демпфирующих схемах, используемых для подавления переходных процессов напряжения (всплесков).

Бумажные конденсаторы:

Ранее эти конденсаторы использовались в радиоприемниках и усилителях. Они бывают двух видов: плоской формы, называемой блочными конденсаторами, и круглой формы, называемой трубчатыми конденсаторами.

Конструкция одинакова для обоих. Они состоят из двух алюминиевых фольг (это очень тонкие слои), между которыми заменены несколько слоев пропитанной бумаги.

Алюминиевая фольга — электроды конденсатора, а бумага — диэлектрик. Из-за утечки и большого допуска их заменяют на полиэфирные конденсаторы.

Конденсаторы из полиэстера:

Эти конденсаторы отличаются небольшими размерами, низкими диэлектрическими потерями и высоким сопротивлением изоляции.Это очень подходящие радиочастотные схемы и радиоприемники.

Их конструкция аналогична бумажным конденсаторам, но здесь чередующиеся алюминиевые и полиэфирные фольги намотаны слоями. Они доступны для номиналов 160 В и 400 В с допусками 10% и 20% в диапазоне от 1 кПФ до 1 мкФ

Керамические конденсаторы:

Один из широко используемых конденсаторов — керамические конденсаторы. Это неполяризованный конденсатор. Также называется дисковыми конденсаторами.При этом керамический материал используется в качестве диэлектрика. Он имеет небольшой ток и небольшой ток утечки. Они доступны в диапазоне от пикофарада до 1 микрофарада. Используется для высокочастотных приложений в аудиосхемах. Это недорогие конденсаторы, обладающие высокочастотными характеристиками.

Классифицируются как усилители класса 1, класса 2. Приложения включают фильтрацию, настройку генератора, подавление электромагнитных помех, схемы сглаживания и сопряжения.

Слюдяные конденсаторы:

В диэлектрике слюдяных конденсаторов используются тонкие слюдяные пластины высокого качества, одна сторона которых частично покрыта слоем серебра.

Величина емкости определяется количеством пластин, соединенных параллельно. После сборки конденсатор погружается в специальный воск, чтобы защитить его от воздействия влаги и перепадов температуры. Поскольку потери в этом конденсаторе низкие, они особенно подходят для цепей на высоких частотах (цепи генератора , трансформаторы I.F и т. Д.) Или там, где важны низкие потери утечки. Они доступны в диапазоне от 50 пФ до 500 пФ и имеют рабочее напряжение до 500 В.Общие приложения используются в цепях связи, фильтрах пульсаций, резонансных цепях. В связи с недавней тенденцией к миниатюризации их заменяют керамические, полистирольные или стиропластовые конденсаторы.

Воздушные конденсаторы:

Воздух используется в качестве диэлектрика в воздушных конденсаторах. Проводящие металлы разделены воздушным зазором. Доступны воздушные конденсаторы постоянной емкости и воздушные конденсаторы переменной емкости. Его можно использовать при настройке радиосхем, а также в схемах, где требуются низкие потери.

Стеклянные конденсаторы:

Стекло используется в качестве диэлектрического материала в этих конденсаторах, и эти типы конденсаторов стоят дорого. Наряду со стеклянным диэлектриком в этих типах конденсаторов присутствуют алюминиевые электроды. В конце делается пластиковая инкапсуляция. Этот тип имеет относительно низкое значение емкости и может колебаться от долей пикофарад до двух тысяч пикофарад.

Может использоваться в цепях приложений большой мощности, где для схемы требуются высокотемпературные зоны, схемы, требующие высоких допусков.

Электролитические конденсаторы:

Электролитические конденсаторы поляризованы. Они также широко используются во многих приложениях и имеют высокие значения емкости. Металлическая пластина (анод), образующая изолирующий оксидный слой путем анодирования, называется диэлектриком. Твердый или полутвердый электролит действует как катод. Они имеют более высокую емкость из-за большей поверхности анода и тонкого диэлектрического оксидного слоя. Они используются, когда есть потребность в высоком заряде.

В алюминиевых электролитических конденсаторах алюминиевая фольга действует как анод, изолируя оксидный слой, который является диэлектриком и покрыт электролитом в качестве катода.Это можно увидеть в схемах питания для развязки и импульсного источника питания. Это дешевле.

В конденсаторах танталового типа тантал используется в качестве анода и электролита, поскольку катод покрывает оксидный слой. Они немного выше, чем у конденсаторов алюминиевого типа.

Суперконденсаторы:

Вывод

Хорошо. Я надеюсь, что это руководство дало краткий обзор различных типов конденсаторов и их применения.Их также можно использовать в аудиосхемах для блокировки постоянного тока в звуковых волнах. Следовательно, они используются в качестве сглаживающих фильтров для удаления нежелательной ряби, которая может повредить электронные схемы.

Конденсаторы и диэлектрики | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Опишите действие конденсатора и определите емкость.
Объясните, почему конденсаторы с параллельными пластинами и их емкости.
Обсудите процесс увеличения емкости диэлектрика.
Определите емкость при заданном заряде и напряжении.

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда. Конденсаторы имеют различные применения: от фильтрации статического электричества при радиосигнале до накопления энергии в дефибрилляторах сердца. Обычно в промышленных конденсаторах две проводящие части расположены близко друг к другу, но не соприкасаются, как показано на рисунке 1. (В большинстве случаев между двумя пластинами используется изолятор для обеспечения разделения — см. Обсуждение диэлектриков ниже.) Когда клеммы батареи подключены к первоначально незаряженному конденсатору, равные количества положительного и отрицательного заряда, + Q и — Q , разделяются на две его пластины. Конденсатор в целом остается нейтральным, но в этом случае мы называем его хранящим заряд Q .

Рис. 1. Оба конденсатора, показанные здесь, были изначально разряжены перед подключением к батарее. Теперь у них разделены заряды + Q и — Q на своих двух половинах.(а) Конденсатор с параллельными пластинами. (b) Скрученный конденсатор с изоляционным материалом между двумя проводящими листами.

Конденсатор

Конденсатор — это устройство, используемое для хранения электрического заряда.

Количество заряда Q , который может хранить конденсатор , зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.

Количество заряда

Q конденсатор может хранить

Рис. 2. Линии электрического поля в этом конденсаторе с параллельными пластинами, как всегда, начинаются с положительных зарядов и заканчиваются отрицательными. Поскольку напряженность электрического поля пропорциональна плотности силовых линий, она также пропорциональна количеству заряда на конденсаторе.

Система, состоящая из двух идентичных параллельных проводящих пластин, разделенных расстоянием, как на рисунке 2, называется конденсатором с параллельными пластинами . Легко увидеть взаимосвязь между напряжением и накопленным зарядом для конденсатора с параллельными пластинами, как показано на рисунке 2.Каждая линия электрического поля начинается с отдельного положительного заряда и заканчивается отрицательным, так что линий поля будет больше, если заряд будет больше. (Рисование одной силовой линии для каждого заряда — это только удобство. Мы можем нарисовать много силовых линий для каждого заряда, но их общее количество пропорционально количеству зарядов.) Таким образом, напряженность электрического поля прямо пропорциональна Ом. .

Поле пропорционально начислению:

E ∝ Q ,

, где символ ∝ означает «пропорционально.Из обсуждения в статье «Электрический потенциал в однородном электрическом поле» мы знаем, что напряжение на параллельных пластинах равно

V = Ed .

Таким образом, V ∝ E . Отсюда следует, что V ∝ Q , и, наоборот,

Q ∝ V .

В целом это верно: чем больше напряжение, приложенное к любому конденсатору, тем больше в нем хранится заряд.

Различные конденсаторы будут накапливать разное количество заряда для одного и того же приложенного напряжения, в зависимости от их физических характеристик.Мы определяем их емкость C так, чтобы заряд Q , хранящийся в конденсаторе, был пропорционален C . Заряд, накопленный в конденсаторе, равен

Q = CV .

Это уравнение выражает два основных фактора, влияющих на количество накопленного заряда. Этими факторами являются физические характеристики конденсатора C и напряжение В . Изменив уравнение, мы видим, что емкость , C, , — это количество заряда, сохраненного на вольт, или

[латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex].

Емкость

Емкость C — величина накопленного заряда на вольт, или

[латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex]

Единица измерения емкости — фарад (Ф), названная в честь Майкла Фарадея (1791–1867), английского ученого, внесшего вклад в области электромагнетизма и электрохимии. Поскольку емкость — это заряд на единицу напряжения, мы видим, что фарад — это кулон на вольт, или

[латекс] 1 \ text {F} = \ frac {1 \ text {C}} {1 \ text {V}} \\ [/ latex].

Конденсатор емкостью 1 фарад может хранить 1 кулон (очень большое количество заряда) при подаче всего 1 вольт. Таким образом, одна фарада — это очень большая емкость. Типичные конденсаторы варьируются от долей пикофарада (1 пФ = 10 ⁻¹² Ф) до миллифарадов (1 мФ = 10 ⁻³ Ф).

На рисунке 3 показаны некоторые распространенные конденсаторы. Конденсаторы в основном изготавливаются из керамики, стекла или пластика, в зависимости от назначения и размера. Как обсуждается ниже, в их конструкции обычно используются изоляционные материалы, называемые диэлектриками.

Рисунок 3. Некоторые типичные конденсаторы. Размер и значение емкости не обязательно связаны. (Источник: Windell Oskay)

Конденсатор с параллельными пластинами

Рис. 4. Конденсатор с параллельными пластинами, разделенные пластинами на расстояние d. Каждая пластина имеет площадь A.

Конденсатор с параллельными пластинами, показанный на рисунке 4, имеет две идентичные проводящие пластины, каждая из которых имеет площадь поверхности A , разделенных расстоянием d (без материала между пластинами).Когда на конденсатор подается напряжение В, , он сохраняет заряд Q , как показано. Мы можем увидеть, как его емкость зависит от A и d , рассмотрев характеристики кулоновской силы. Мы знаем, что одинаковые заряды отталкиваются, в отличие от зарядов притягиваются, и сила между зарядами уменьшается с расстоянием. Поэтому кажется вполне разумным, что чем больше пластины, тем больше заряда они могут хранить, потому что заряды могут расходиться больше. Таким образом, C должен быть больше для большего A .Точно так же, чем ближе пластины расположены друг к другу, тем сильнее на них притяжение противоположных зарядов. Таким образом, C должен быть больше для меньшего d .

Можно показать, что для конденсатора с параллельными пластинами есть только два фактора ( A, и d ), которые влияют на его емкость C . Емкость конденсатора с параллельными пластинами в форме уравнения равна

[латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex].

Емкость параллельного пластинчатого конденсатора

[латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex]

A — это площадь одной пластины в квадратных метрах, а d — это расстояние между пластинами в метрах.Константа ε ₀ — диэлектрическая проницаемость свободного пространства; его числовое значение в единицах СИ составляет ε ₀ = 8,85 × 10 ⁻¹² Ф / м. Единицы измерения Ф / м эквивалентны C ² / Н · м ². Небольшое числовое значение ε ₀ связано с большим размером фарада. Конденсатор с параллельными пластинами должен иметь большую площадь, чтобы его емкость приближалась к фарадам. (Обратите внимание, что приведенное выше уравнение действительно, когда параллельные пластины разделены воздухом или свободным пространством.Когда между пластинами помещается другой материал, уравнение изменяется, как обсуждается ниже.)

Пример 1. Емкость и заряд в параллельном пластинчатом конденсаторе

Какова емкость конденсатора с параллельными пластинами, каждая из которых имеет площадь 1,00 м ², разделенных расстоянием 1,00 мм?
Какой заряд хранится в этом конденсаторе, если к нему приложено напряжение 3,00 × 10 ³ В?

Стратегия

Определение емкости C представляет собой прямое приложение уравнения [латекс] C = \ epsilon_ {o} \ frac {A} {d} \\ [/ latex].{-9} \ text {F} = 8.85 \ text {nF} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение части 1

Это небольшое значение емкости указывает на то, насколько сложно сделать устройство с большой емкостью. Помогают специальные методы, например, использование тонких пленок очень большой площади, расположенных близко друг к другу.

Решение для Части 2

Заряд любого конденсатора определяется уравнением Q = CV . Ввод известных значений в это уравнение дает

[латекс] \ begin {array} {lll} Q & = & CV = \ left (8.{3} \ text {V} \ right) \\\ text {} & = & 26.6 \ mu \ text {C} \ end {array} \\ [/ latex]

Обсуждение части 2

Этот заряд лишь немного больше, чем у обычного статического электричества. Поскольку воздух разрывается при примерно 3,00 × 10 ⁶ В / м, на этом конденсаторе не может быть накоплено больше заряда за счет увеличения напряжения.

Другой интересный биологический пример, связанный с электрическим потенциалом, обнаружен в плазматической мембране клетки. {6} \ text {V / m} \\ [/ latex]

Этого электрического поля достаточно, чтобы вызвать пробой в воздухе.

Диэлектрик

Предыдущий пример подчеркивает сложность сохранения большого количества заряда в конденсаторах. Если d сделать меньше, чтобы получить большую емкость, то максимальное напряжение должно быть уменьшено пропорционально, чтобы избежать пробоя (поскольку [латекс] E = \ frac {V} {d} \\ [/ latex]). Важным решением этой проблемы является размещение изоляционного материала, называемого диэлектриком , между пластинами конденсатора и обеспечение минимально возможного размера d .Мало того, что меньший d увеличивает емкость, многие изоляторы могут выдерживать более сильные электрические поля, чем воздух, перед тем, как сломаться.

Есть еще одно преимущество использования диэлектрика в конденсаторе. В зависимости от используемого материала емкость больше, чем заданная уравнением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], на коэффициент κ , называемый диэлектрическая постоянная . Конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком между пластинами имеет емкость, определяемую выражением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex] (конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком).

Значения диэлектрической проницаемости κ для различных материалов приведены в таблице 1. Обратите внимание, что κ для вакуума равно 1, поэтому приведенное выше уравнение справедливо и в этом случае. Если используется диэлектрик, например, путем размещения тефлона между пластинами конденсатора в примере 1, то емкость будет больше в κ раз, что для тефлона составляет 2,1.

Эксперимент на вынос: создание конденсатора

Насколько большой конденсатор можно сделать из обертки от жевательной резинки? Пластины будут из алюминиевой фольги, а разделитель (диэлектрик) между ними — из бумаги.

Таблица 1. Диэлектрическая проницаемость и диэлектрическая прочность для различных материалов при 20ºC
Материал	Диэлектрическая проницаемость κ	Диэлектрическая прочность (В / м)
Вакуум	1,00000	–
Воздух	1.00059	3 × 10 ⁶
Бакелит	4,9	24 × 10 ⁶
Плавленый кварц	3.78	8 × 10 ⁶
Неопреновый каучук	6,7	12 × 10 ⁶
Нейлон	3,4	14 × 10 ⁶
Бумага	3,7	16 × 10 ⁶
Полистирол	2,56	24 × 10 ⁶
Стекло Pyrex	5,6	14 × 10 ⁶
Кремниевое масло	2.5	15 × 10 ⁶
Титанат стронция	233	8 × 10 ⁶
тефлон	2,1	60 × 10 ⁶
Вода	80	–

Обратите внимание, что диэлектрическая проницаемость воздуха очень близка к 1, так что конденсаторы с воздушным наполнением действуют так же, как конденсаторы с вакуумом между пластинами за исключением , что воздух может стать проводящим, если напряженность электрического поля слишком большой.(Напомним, что [латекс] E = \ frac {V} {d} \\ [/ latex] для конденсатора с параллельными пластинами.) Также в таблице 1 показаны максимальные напряженности электрического поля в В / м, которые называются диэлектрической прочностью , для нескольких материалов. Это поля, над которыми материал начинает разрушаться и проводить. Диэлектрическая прочность накладывает ограничение на напряжение, которое может быть приложено для данного расстояния между пластинами. 6 \ text {V / m} \ right) \ left ( 1.{-3} \ text {m} \ right) \\\ text {} & = & 3000 \ text {V} \ end {array} \\ [/ latex]

Однако предел для расстояния 1,00 мм, заполненного тефлоном, составляет 60 000 В, поскольку диэлектрическая прочность тефлона составляет 60 × 10 ⁶ В / м. Таким образом, тот же конденсатор, заполненный тефлоном, имеет большую емкость и может подвергаться гораздо большему напряжению. Используя емкость, которую мы рассчитали в приведенном выше примере для конденсатора с параллельными пластинами, заполненного воздухом, мы обнаружили, что конденсатор с тефлоновым заполнением может хранить максимальный заряд

[латекс] \ begin {array} {lll} Q & = & CV \\\ text {} & = & \ kappa {C} _ {\ text {air}} V \\\ text {} & = & (2.4 \ text {V}) \\\ text {} & = & 1.1 \ text {mC} \ end {array} \\ [/ latex]

Это в 42 раза больше заряда того же конденсатора, заполненного воздухом.

Диэлектрическая прочность

Максимальная напряженность электрического поля, при превышении которой изолирующий материал начинает разрушаться и становится проводником, называется его диэлектрической прочностью.

Микроскопически, как диэлектрик увеличивает емкость? За это отвечает поляризация изолятора. Чем легче он поляризуется, тем больше его диэлектрическая проницаемость κ .Вода, например, представляет собой полярную молекулу , потому что один конец молекулы имеет небольшой положительный заряд, а другой конец имеет небольшой отрицательный заряд. Полярность воды обуславливает ее относительно большую диэлектрическую проницаемость, равную 80. Эффект поляризации лучше всего объясняется характеристиками кулоновской силы. На рис. 5 схематично показано разделение зарядов в молекулах диэлектрического материала, помещенных между заряженными пластинами конденсатора. Кулоновская сила между ближайшими концами молекул и зарядом на пластинах притягивает и очень сильна, поскольку они расположены очень близко друг к другу.Это притягивает больше заряда к пластинам, чем если бы пространство было пустым, а противоположные заряды находились на расстоянии d друг от друга.

Рис. 5. (a) Молекулы изоляционного материала между пластинами конденсатора поляризованы заряженными пластинами. Это создает слой противоположного заряда на поверхности диэлектрика, который притягивает больше заряда к пластине, увеличивая ее емкость. (б) Диэлектрик снижает напряженность электрического поля внутри конденсатора, что приводит к уменьшению напряжения между пластинами при одинаковом заряде.Конденсатор сохраняет тот же заряд при меньшем напряжении, что означает, что он имеет большую емкость из-за диэлектрика.

Другой способ понять, как диэлектрик увеличивает емкость, — это рассмотреть его влияние на электрическое поле внутри конденсатора. На рисунке 5 (b) показаны силовые линии электрического поля с установленным диэлектриком. Поскольку силовые линии заканчиваются зарядами в диэлектрике, их меньше, идущих от одной стороны конденсатора к другой. Таким образом, напряженность электрического поля меньше, чем если бы между пластинами был вакуум, даже если бы на пластинах был одинаковый заряд.Напряжение между пластинами составляет В, = Ed, , поэтому оно тоже снижается за счет диэлектрика. Таким образом, есть меньшее напряжение В, для того же заряда Q ; поскольку [латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex], емкость C больше.

Диэлектрическая постоянная обычно определяется как [латекс] \ kappa = \ frac {E_0} {E} \\ [/ latex], или отношение электрического поля в вакууме к электрическому полю в диэлектрическом материале, и в конечном итоге связанных с поляризуемостью материала.

Большое и маленькое: субмикроскопическое происхождение поляризации

Поляризация — это разделение зарядов внутри атома или молекулы. Как уже отмечалось, планетарная модель атома описывает его как имеющее положительное ядро, вращающееся вокруг отрицательных электронов, аналогично планетам, вращающимся вокруг Солнца. Хотя эта модель не совсем точна, она очень полезна для объяснения широкого круга явлений и будет уточнена в других местах, например, в атомной физике. Субмикроскопическое происхождение поляризации можно смоделировать, как показано на рисунке 6.

Рис. 6. Художественное представление о поляризованном атоме. Орбиты электронов вокруг ядра слегка смещены внешними зарядами (показаны в преувеличении). Получающееся разделение зарядов внутри атома означает, что он поляризован. Обратите внимание, что непохожий заряд теперь ближе к внешним зарядам, вызывая поляризацию.

В атомной физике мы обнаружим, что орбиты электронов более правильно рассматривать как электронные облака с плотностью облака, связанной с вероятностью обнаружения электрона в этом месте (в отличие от определенных положений и путей движения планет на их орбитах). вокруг Солнца).Это облако сдвигается кулоновской силой, так что в среднем атом имеет разделенный заряд. Хотя атом остается нейтральным, теперь он может быть источником кулоновской силы, поскольку заряд, поднесенный к атому, будет ближе к одному типу заряда, чем к другому.

Некоторым молекулам, например молекулам воды, присуще разделение зарядов, поэтому они называются полярными молекулами. На рисунке 7 показано разделение зарядов в молекуле воды, которая имеет два атома водорода и один атом кислорода (H ₂ O).Молекула воды несимметрична — атомы водорода отталкиваются в одну сторону, придавая молекуле форму бумеранга. Электроны в молекуле воды больше сконцентрированы вокруг более заряженного ядра кислорода, чем вокруг ядер водорода. Это делает кислородный конец молекулы слегка отрицательным, а водородный конец — слегка положительным. Внутреннее разделение зарядов в полярных молекулах облегчает их выравнивание с внешними полями и зарядами. Следовательно, полярные молекулы обладают более сильными поляризационными эффектами и имеют более высокие диэлектрические постоянные.Те, кто изучает химию, обнаружат, что полярная природа воды имеет множество эффектов. Например, молекулы воды собирают ионы гораздо эффективнее, потому что у них есть электрическое поле и разделение зарядов для притяжения зарядов обоих знаков. Кроме того, как было показано в предыдущей главе, полярная вода обеспечивает защиту или экранирование электрических полей в сильно заряженных молекулах, представляющих интерес в биологических системах.

Рис. 7. Художественная концепция молекулы воды. Существует внутреннее разделение зарядов, поэтому вода — полярная молекула.Электроны в молекуле притягиваются к ядру кислорода и оставляют избыток положительного заряда около двух ядер водорода. (Обратите внимание, что схема справа является приблизительной иллюстрацией распределения электронов в молекуле воды. На ней не показано фактическое количество протонов и электронов, участвующих в структуре.)

Исследования PhET: лаборатория конденсаторов

Узнайте, как работает конденсатор! Измените размер пластин и добавьте диэлектрик, чтобы увидеть влияние на емкость.Измените напряжение и посмотрите, как на пластинах накапливаются заряды. Наблюдайте за электрическим полем в конденсаторе. Измерьте напряжение и электрическое поле.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

Конденсатор — это устройство для накопления заряда.
Количество заряда Q , которое может хранить конденсатор, зависит от двух основных факторов — приложенного напряжения и физических характеристик конденсатора, таких как его размер.
Емкость C — это количество накопленного заряда на вольт, или [латекс] C = \ frac {Q} {V} \\ [/ latex].
Емкость конденсатора с параллельными пластинами составляет [латекс] C = {\ epsilon} _ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], когда пластины разделены воздухом или свободным пространством. [latex] {\ epsilon} _ {\ text {0}} [/ latex] называется диэлектрической проницаемостью свободного пространства.
Конденсатор с параллельными пластинами с диэлектриком между пластинами имеет емкость, определяемую выражением [латекс] C = \ kappa \ epsilon_ {0} \ frac {A} {d} \\ [/ latex], где κ — диэлектрик. константа материала.
Максимальная напряженность электрического поля, выше которой изолирующий материал начинает разрушаться и становится проводником, называется электрической прочностью.

Концептуальные вопросы

Зависит ли емкость устройства от приложенного напряжения? А как насчет хранящегося в нем заряда?
Используйте характеристики кулоновской силы, чтобы объяснить, почему емкость должна быть пропорциональна площади пластины конденсатора. Аналогичным образом объясните, почему емкость должна быть обратно пропорциональна расстоянию между пластинами.
Объясните причину, по которой диэлектрический материал увеличивает емкость по сравнению с тем, что было бы с воздухом между пластинами конденсатора.Какова независимая причина того, что диэлектрический материал также позволяет приложить большее напряжение к конденсатору? (Таким образом, диэлектрик увеличивает C и допускает более V .)
Как полярный характер молекул воды помогает объяснить относительно большую диэлектрическую проницаемость воды? (См. Рисунок 7.)
Искры возникают между пластинами заполненного воздухом конденсатора при более низком напряжении, когда воздух влажный, чем сухой. Объясните почему, учитывая полярный характер молекул воды.
Вода имеет большую диэлектрическую проницаемость, но редко используется в конденсаторах. Объяснить, почему.
Мембраны в живых клетках, включая клетки человека, характеризуются разделением заряда через мембрану. Таким образом, мембраны представляют собой заряженные конденсаторы, важные функции которых связаны с разностью потенциалов на мембране. Требуется ли энергия для разделения этих зарядов в живых мембранах, и если да, то является ли ее источником метаболизм пищевой энергии или каким-либо другим источником?

Рисунок 8.Полупроницаемая мембрана клетки имеет разную концентрацию ионов внутри и снаружи. Диффузия перемещает ионы K ⁺ (калий) и Cl ^— (хлорид) в показанных направлениях, пока кулоновская сила не остановит дальнейший перенос. Это приводит к слою положительного заряда снаружи, слою отрицательного заряда внутри и, следовательно, к напряжению на клеточной мембране. Мембрана обычно непроницаема для Na ⁺ (ионы натрия).

Задачи и упражнения

Какой заряд сохраняется в конденсаторе 180 мкФ, когда к нему приложено 120 В?
Найдите накопленный заряд, когда 5.50 В подается на конденсатор емкостью 8,00 пФ.
Какой заряд хранится в конденсаторе в Примере 1?
Рассчитайте напряжение, приложенное к конденсатору 2,00 мкФ, когда он имеет заряд 3,10 мкКл.
Какое напряжение необходимо подать на конденсатор емкостью 8,00 нФ для накопления заряда 0,160 мкКл?
Какая емкость необходима для хранения 3,00 мкКл заряда при напряжении 120 В?
Какая емкость терминала большого генератора Ван де Граафа, учитывая, что он хранит 8?00 мкКл заряда при напряжении 12,0 МВ?
Найдите емкость конденсатора с параллельными пластинами, площадь пластин которого составляет 5,00 м ², разделенных слоем тефлона 0,100 мм.
(a) Какова емкость конденсатора с параллельными пластинами, площадь пластин которого составляет 1,50 м ², разделенных 0,0200 мм неопреновой резины? (b) Какой заряд он держит, когда к нему приложено 9,00 В?
Комплексные концепции. Шутник подает 450 В на 80.Конденсатор 0 мкФ, а затем бросает его ничего не подозревающей жертве. Палец пострадавшего обгорел от разряда конденсатора через 0,200 г мяса. Какое повышение температуры мяса? Разумно ли предполагать отсутствие изменения фазы?
Необоснованные результаты. (a) Определенный конденсатор с параллельными пластинами имеет пластины площадью 4,00 м ², разделенные 0,0100 мм нейлона, и накапливает 0,170 Кл заряда. Какое приложенное напряжение? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какие допущения являются ответственными или противоречивыми?

Глоссарий

конденсатор: устройство, накапливающее электрический заряд

емкость: количество заряда на единицу вольт

диэлектрик: изоляционный материал

диэлектрическая прочность: максимальное электрическое поле, выше которого изоляционный материал начинает разрушаться и проводить

конденсатор с параллельными пластинами: две идентичные проводящие пластины, разделенные расстоянием

полярная молекула: молекула с внутренним разделением заряда

Избранные решения проблем и упражнения

1.21,6 мК

3. 80.0 мС

5. 20,0 кВ

7. 667 пФ

9. (а) 4,4 мкФ; (б) 4.0 × 10 ⁻⁵ C

11. (а) 14,2 кВ; (b) Напряжение неоправданно велико, более чем в 100 раз больше напряжения пробоя нейлона; (c) Предполагаемый заряд неоправданно велик и не может храниться в конденсаторе таких размеров.

Конденсаторы переменной емкости

— Европейский институт пассивных компонентов

C5. Конденсаторы переменные

Переменные конденсаторы используются для подстройки и настройки.Они представляют собой небольшую, но важную часть ассортимента конденсаторов.

С 5.1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ

С помощью электродной системы, состоящей из одной неподвижной и одной подвижной частей — статора и ротора — емкость можно изменять от минимального до максимального значения, так называемого колебания емкости.

Температурный коэффициент (TC) для различных встречающихся диэлектриков обычно значительно отличается от соответствующих значений для конденсаторов постоянной емкости.Вариации, за исключением того, что относится к компонентам наилучшей точности, значительно больше, что связано с механическими условиями, на которых основана вся конструкция.

Подстроечные конденсаторы

в основном предназначены для монтажа на печатных платах (PCB), но конструкции для поверхностного монтажа становятся все более распространенными. Триммеры часто имеют трение, которое увеличивает крутящий момент и, таким образом, фиксирует конденсатор в отрегулированном положении.

С 5.1.1. Типы токарных

Воздушный диэлектрик

Классический переменный конденсатор состоит из полукруглых электродов, которые можно переворачивать друг в друга, как показано на рисунке C5-1.Эти стили предназначены либо для монтажа на печатной плате, либо на панели. Их используют предпочтительно для настройки резонансных цепей.

Рисунок C5-1. Схема переменного конденсатора с воздушной изоляцией и пример изготовления Тронсера.

Электроды с воздушной изоляцией предъявляют высокие требования к механической точности. Расстояние между пластинами обычно составляет от 0,2 до 1 мм. Цена относительно высока.

Керамические триммеры

Если мы уменьшим пластины на Рисунке C5-1 до одного посеребренного керамического ротора, который повернут поверх электрода статора, мы получим керамический подстроечный конденсатор.Пример такой конструкции показан на рисунке C5-2. Также существуют многослойные конструкции. Типы конденсаторов предназначены для монтажа в отверстия или на поверхность.

Поскольку используется керамика типа 1, потери будут относительно небольшими.

Рисунок C5-2. Пояснительный эскиз поперечного пропила керамическим триммером.

Типы пластиковой пленки

Если мы заменим воздушную изоляцию, показанную на рисунке C5-1, на пластиковую фольгу, расстояние между электродами может быть уменьшено одновременно с увеличением ε _r — и, следовательно, емкости -, к сожалению, за счет более низкого значения добротности.Распространены пластмассы с низкими потерями, такие как тефлон (PTFE), полипропилен (PP) и поликарбонат (PC), но также существует полиэстер (PETP).

С 5.1.2. Концентрическая конструкция

Рисунок C5-3. Эскиз концентрического триммера .

В концентрическом типе воздух обычно служит диэлектриком. Ротор и статор изготавливаются, например, из позолоченной латуни. Концентрический тип состоит из концентрически ориентированных металлических трубок как на подвижном роторе, так и на статоре.

Они вставлены друг в друга со стороны ротора и отделены друг от друга воздушным зазором.Это вопрос прецизионной конструкции, допускающей воздушные зазоры до 0,1 мм (4 мил). Значение Q будет высоким, а размеры сравнительно большими. Температурный коэффициент очень мал.

Для обеспечения стабильности настройки один производитель использует одну или несколько прорезей в роторе, которые с усилием пружины увеличивают трение и фиксируют триммер в отрегулированном положении.

С 5.1.3. Конструкция поршня

Рисунок C5-4. Пример триммера SMD в поршневой конструкции

В поршневой конструкции в качестве диэлектрика используется воздух, тефлон или сапфир.При ε _r, равном примерно 8, сапфировый диэлектрик достигает определенной емкости на увеличение объема. Существуют как отверстия, так и поверхностное крепление. Поперечное сечение SMD-конструкции с сапфировым диэлектриком показано на рисунке C5-4. Что касается концентрической конструкции, то ТК будет небольшим.

С 5.1.4. Примечания

Триммеры для коммерческого использования иногда не имеют удовлетворительной герметизации. Затем их нельзя мыть или подвергать воздействию флюсов для припоя или чистящих растворителей. Герметичные типы с пластиковым корпусом не должны подвергаться воздействию трихлорэтилена.

С 5.1.5. Виды отказа

Как и потенциометры, переменные конденсаторы являются электромеханическими изделиями с соответственно высокой частотой отказов. Контактное сопротивление ротора может изменяться и вызывать нарушения контакта.

Загрязнение — не в последнюю очередь от очистки флюса — может вызвать аналогичные проблемы. Возможно загрязнение и коррозия механических частей. Сообщается о коротких замыканиях из-за серьезного механического перекоса частей с воздушной изоляцией.

Таблица C 5-1. ПЕРЕМЕННЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ / ТРИММЕРЫ

(Таблицу следует рассматривать только как ориентировочную. Указанные пределы могут отличаться в дальнейшем.)

ABC CLR: Глава C Конденсаторы

Конденсаторы переменной емкости

Лицензионный контент EPCI:
[1] EPCI Эксперты Европейского института пассивных компонентов оригинальные статьи
[2] Справочник по пассивным компонентам CLR от P-O.Fagerholt *
* используется под авторским правом EPCI от CTI Corporation, США

Содержание этой страницы находится под международной лицензией Creative Commons Attribution-Share Alike 4.

Принцип работы воздушных конденсаторов переменной емкости

Типы конструкций воздушных конденсаторов переменной емкости

1. Многопластинчатые конденсаторы

2. Цилиндрические конденсаторы

3. Дисковые конденсаторы

Области применения воздушных конденсаторов переменной емкости

Преимущества воздушных конденсаторов переменной емкости

Недостатки воздушных конденсаторов переменной емкости

Особенности конструкции высокочастотных воздушных конденсаторов

Прецизионные воздушные конденсаторы переменной емкости

Типы конденсаторов. Металлические конденсаторы с воздушным диэлектриком

Воздушные конденсаторы переменной емкости — Энциклопедия по машиностроению XXL

Самодельный конденсатор переменной емкости (КПЕ)

Материалы

Конструкция

Подстроечные конденсаторы | «ЛЭПКОС», ИЦ «Северо-Западная Лаборатория»

Подстроечные (Полупеременные) конденсаторы | Основы электроакустики

Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ

Конденсаторы с переменной емкостью

Air Variable — Johnson Panel Mount

Oil Filled — Конденсаторы

— Конденсаторы

с воздушной переменной

Типы конденсаторов и их применение

Типы конденсаторов

Конденсаторы переменной емкости

Триммер воздуха:

Керамический триммер:

Устройство для обрезки проволоки:

Конденсаторы постоянной емкости

Пленочные конденсаторы:

Бумажные конденсаторы:

Конденсаторы из полиэстера:

Керамические конденсаторы:

Слюдяные конденсаторы:

Воздушные конденсаторы:

Стеклянные конденсаторы:

Электролитические конденсаторы:

Суперконденсаторы:

Конденсаторы и диэлектрики | Физика

Цели обучения

Конденсатор

Количество заряда

Емкость

Конденсатор с параллельными пластинами

Емкость параллельного пластинчатого конденсатора

Пример 1. Емкость и заряд в параллельном пластинчатом конденсаторе

Стратегия

Обсуждение части 1

Решение для Части 2

Обсуждение части 2

Диэлектрик

Эксперимент на вынос: создание конденсатора

Диэлектрическая прочность

Большое и маленькое: субмикроскопическое происхождение поляризации

Исследования PhET: лаборатория конденсаторов

Сводка раздела

Концептуальные вопросы

Задачи и упражнения

Глоссарий

Избранные решения проблем и упражнения

— Европейский институт пассивных компонентов

Похожие записи

Особенности питания кормящей мамы: что можно и нельзя есть при грудном вскармливании

Новорожденный какает слизью: причины появления слизи в кале грудничка

Гемангиома у новорожденных: причины, виды, лечение и профилактика

Добавить комментарий Отменить ответ