Министерство образования и науки Украины
Харьковский технический университет радиоэлектроники
Кафедра ПЭЭА
Курсовой проект
по курсу: "Элементная база"
на тему: "Конденсатор переменной емкости"
Выполнил:
Проверил:
Харьков
Содержание
Введение
1. Анализ технического задания
1.1 Исходные данные
2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
3. Электрический и конструкторский расчеты
Заключение
Список литературы
Функциональная электроника - это новое перспективное направление в современной электронной базе РЭС. Устройства функциональной электроники основаны на использовании динамических неоднородностей и физических принципов интеграции. Это отличает их от транзисторов, диодов, интегральных схем и других элементов РЭС, работа которых основана на статических неоднородностях и конструкторской - технологической интеграции. В настоящее время стоит вопрос о создании устройств, в качестве основных носителей информации, в которых будут использованы всевозможные виды динамических неоднородностей, т.е. устройства для обработки больших массивов информации с помощью интеграции различных физических эффектов.
Из всего многообразия РЭС в большинстве случаев возникает необходимость в элементах, способных изменять свою емкость в зависимости от какого - то внешнего параметра. Наиболее часто изменение емкости необходимо для изменения резонансной частоты контура, в состав которого входит элемент. Существует несколько типов таких, элементов, одним из которых является конденсатор переменной емкости (КПЕ), рассматриваемый в данной работе.
Электрические конденсаторы являются одним из наиболее массовых элементов РЭС. В СНГ их выпускается до 11 млн. штук в год (в мире выпуск достигает 10 штук в год). Применимость конденсаторов объясняется достаточно широкими функциональными возможностями как элементов колебательных контуров и фильтрующих, разделительных пусковых, помехоподавляющих, блокировочных цепей и т.д.
Конденсатор переменной емкости - прямоемкостной;
Максимальная емкость Смах = 150пФ;
Минимальная емкость Смin = 8пФ;
4. Температурный коэффициент емкости ТКЕ = 10-51/град;
Рабочее напряжение Uраб = 100 в;
Количество секций - 1;
Угол поворота подвижной системы j = 180 º;
Диаметр оси dоси = 6мм;
УХЛ 4.1 ГОСТ 15150 - 69;
Условия эксплуатации 2ст. ж; ГОСТ 16962 - 79
Программа 10 6 шт/год.
Значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации и испытаниях УХЛ 4.1 ГОСТ 15150 - 69
Исполнение изделий - УХЛ; Категория изделий - 4.1
Значения температуры воздуха при эксплуатации, Сº
Рабочие
Верхнее значение + 25; Нижнее значение + 10; Среднее значение + 20
Предельные рабочие
Верхнее значение + 40; Нижнее значение + 1
Величина изменения температуры окружающего воздуха за 3ч. - 40 Сº;
| Относительная влажность | ||
| Ср. месячное значение в наиболее теплый и влажный период и продолж. воздействия | Верхнее значение | |
| Значение | Продолжительность мес. | |
| 65% при 20 Сº | 12 | 80% при 25 Сº |
Интенсивность дождя составляет - 3мм / мин.;
Плотность озона приземном слое воздуха составляет - 40 мкг / м3;
Температура +25 Сº; - 20 Сº
Механические воздействия ГОСТ 16962 - 79
Степень жесткости - Ι Ι
| Вибрационные нагрузки | ||
| Диапазон частот | Макс. ускорение, g | Длительность удара |
| 1 - 60 | 1 | -- |
| Ударные нагрузки | ||
| Многократные | ||
| -- | 40 | 2 - 10 |
| Одиночные | ||
| -- | 20 | 20 - 50 |
| Линейные нагрузки | ||
| -- | 25 | -- |
Для изделий, предназначенных для работы в условиях воздействия акустического шума, значения характеристик акустического шума:
| Диапазон частот | Макс. уровен. зв. давления, дБ |
| 50 - 100000 | 140 |
Температура воздуха или другого газа при транспортировании и хранении:
Верхнее значение + 60 С°; нижнее значение - 60 С°
Пониженное атмосферное давление мм. рт. ст. - 400;
Повышенное давление воздуха или другого газа, кгс / см - 3;
Относительная влажность: 98% при 25 С° и более низких температурах без конденсации влаги.
Выбор конструкции КПЕ
В ТЗ не оговорены требования к габаритам и массе предложенного к разработке КПЕ. Об отсутствии жестких требований к этим параметрам говорит и место его установки - стационарная аппаратура. В связи с этим можно применить воздух в качестве диэлектрика, что позволяет сконструировать конденсатор с более высокими качественными показателями по сравнению с конденсаторами с твердым диэлектриком.
Дальше будут рассмотрены разнообразные варианты конструкций КПЕ и выбраны наиболее подходящие для получения оговоренных в ТЗ характеристик.
Изменение емкости конденсатора может быть получено двумя принципиально различными способами управления - механическим и электрическим. Особенности конденсаторов с механическим управлением заключается в возможности реализации заданных законов изменения емкости при перемещении пластин; получения широкого диапазона изменения емкости и больших величин добротностей; обеспечение больших рабочих напряжений и малых значений температурного коэффициента емкости (ТКЕ); независимости величины емкости от приложенного напряжения; сравнительно большом времени, необходимом для изменения емкости; зависимости величины емкости от влажности и внешних механических воздействий, относительной сложности конструкции и больших габаритах.
Конденсатор переменной емкости с механическим управлением представляет собой две системы плоских пластин; неподвижную (статор) и подвижную (ротор), расположенных таким образом, что при вращении
ротора его пластины входят в зазоры между пластинами статора.
В зависимости от угла поворота различают:
Конденсаторы с нормальным угловым диапазоном, при котором угол поворота равен 180°;
Конденсаторы с расширенным угловым диапазоном, при котором угол поворота ротора больше 180°;
Конденсаторы с уменьшенным угловым диапазоном, например равным 90°.
В зависимости от величины приложенного напряжения конденсаторы переменной емкости рассчитывают:
для электрических цепей с малым напряжением (менее 200в);
для электрических цепей с повышенным напряжением (более 200в);
для электрических цепей с большим напряжением (более 1000в);
По закону изменения емкости конденсаторы подразделяют на прямоемкостные, прямоволновые, прямочастотные и логарифмические.
По типу диэлектрика конденсаторы различают на:
конденсаторы с воздушным диэлектриком;
конденсаторы заполненные сжатым газом;
вакуумные конденсаторы;
конденсаторы с жидким диэлектриком;
конденсаторы с твердым диэлектриком.
Газонаполненные, вакуумные конденсаторы и конденсаторы с жидким диэлектриком отличаются сложностью конструкции, поэтому имеют очень ограниченное применение, преимущественно в мощном радиостроении.
По способу выполнения электрического контакта с подвижной частью конденсаторы разделяют на конденсаторы с трущимся, гибким и емкостным токосъемами.
По типам аппаратуры, в которой используются конденсаторы, они разделяются на конденсаторы для массовой радиовещательной аппаратуры и конденсаторы для профессиональной радиоаппаратуры.
По числу секций конденсаторов, одновременно изменяющих свою емкость, конденсаторы делят на односекционные и многосекционные.
Для одновременной настойки нескольких контуров применяются многосекционные конденсаторы. В зависимости от того, какие из блоков этого рода применены в аппаратуре, к схеме соединения отдельных секций предъявляют различные требования. Например, в тех случаях, когда блок конденсаторов должен быть проще и дешевле, используют схемы, в которых все роторы гальванически соединены между собой общей металлической осью. Однако при этом между отдельными секциями конденсатора возникает электрическая связь, объясняемая электрической проводимостью оси, соединяющей роторы.
В других случаях, когда существенно важно как можно больше уменьшить связь между настраиваемыми контурами, применяют блоки, у которых и статоры и роторы изолированы друг от друга, а ось соединяющая роторы, сделана из изоляционного материала.
В соответствии с техническим заданием объем конструкции конденсатора переменной емкости должен быть минимальным. Рабочее напряжение 100в, число секций - 1, закон изменения емкости - прямоемкостной.
За основу конструкции выбираем штампованный конденсатор с полукруглыми пластинами ротора.
Кроме КПЕ, плавное изменение емкости обеспечивают такие элементы, как варикапы и вариконды. Это так называемые конденсаторы переменной емкости с электрически управляемой емкостью.
Варикапы изменяют свою емкость в зависимости от приложенного обратного смещения р-n перехода. Они обладают массой полезных свойств, таких как малые размеры, высокая добротность и стабильность, но при этом обеспечивают требуемый в некоторых случаях диапазон изменения емкости, в результате чего применяются в основном в диапазоне УКВ и на более высоких частотах, а также в схемах, где не требуется большое изменение емкости.
В варикондах под действием приложенного постоянного смешения изменяется диэлектрическая проницаемость материала между обкладками. Они имеют коэффициент перекрытия по емкости от 2 до 5, но обладают низкой температурной стабильностью емкости и не обеспечивают требуемый закон ее изменения.