Параметры и характеристики конденсаторов переменной емкости с механическим управлением
Основными параметрами конденсаторов переменной емкости (КПЕ) являются:
1. Постоянная времени управления подвижной системы пластинКПЕ, которая определяется временем ее перехода от одного крайнего положения к другому.
2. Точность установки емкости КПЕ, определяемое отношением DСi/ Сi, где Сi – одно из возможных значений емкости, DСi – отклонение Сi от заданного значения. В реальном КПЕ DСi/ Сi = (0,05…0,10)%
3. Закон изменения емкости определяет характер изменения емкости в зависимости от угла поворота или от линейного перемещения подвижной части пластин конденсатора по отношению к неподвижной, например, прямоёмкостной закон изменения емкости, прямоволновой, прямочастотный, логарифмический.
Прямоёмкостные конденсаторы характеризуются линейной функциональной характеристикой при угловом или линейном перемещении подвижной системы и применяется в качестве регулировочных, подстоечных и для настройки контуров при малом коэффициенте перекрытия диапазона. Для углового перемещения такая зависимость имеет вид Сj = aj + b. Плотность настройки (изменение частоты, приходящееся на единицу линейного или углового перемещения указателя шкалы настройки) для прямоемкостных конденсаторов по диапазону настройки получается неравномерной; при малых емкостях она велика, а при малых – мала.
Прямоволновые конденсаторы дают линейное изменение длины волны контура. Емкость при этом изменяется нелинейно по закону Сj = (aj + b)2. Такие конденсаторы имеют ограниченное применение, преимущественно в некоторых измерительных приборах.
Прямочастотные конденсаторы дают линейное изменение частоты контура, что обеспечивает постоянную плотность настройки по диапазону, находят широкое применение в разнообразной аппаратуре. Функциональная характеристика емкости при этом имеет следующий вид:
Логарифмические конденсаторы характеризуются постоянным, в пределах диапазона, относительным изменением емкости (емкостно-логариф-мические КПЕ) или частоты (частотно-логарифмические КПЕ).
Функциональная зависимость для емкостно-логарифмических КПЕ имеет вид Сj = exp (aj + b), для частотно-логарифмические КПЕ - fj = b exp (aj ).
4. Температурная стабильность КПЕ зависит от конструкции конденсатора. В большинстве случаев температурный коэффициент частоты (ТКЧ) КПЕ положителен и для конденсаторов с воздушным диэлектриком не превышает (200…300)×10-6 1/град. У КПЕ с твердым или комбинированным диэлектриком ТКЕ превышает указанное значение.
5. Цикличность ТКЕ характеризуется повторяемостью его значений при многократных нагреваниях и охлаждениях конденсатора. Причинами нецикличности являются внутренние механические напряжения в элементах конструкции конденсатора.
Остаточное изменение емкости оценивается относительной величиной разности между ёмкостями до и после прогрева конденсатора (DСi /Сi)Dt . Обычно величина (DСi /Сi)Dt = (0,5…1,0)%.
6. Добротность КПЕ определяется потерями в изоляционных элементах конструкции, а на частотах 200-400 МГц и потерями в металлических частях электродов. Обычно величина добротности КПЕ находится в пределах от 500 до 5000.
Добротность конденсатора меняется при изменении положения подвижных электродов. Изменение составляет от 4 до 6 раз.
Добротность также меняется при изменении влажности и температуры. Суммарное влияние влажности и температуры приводит к изменению добротности от 2 до 15 раз.
7. Величина рабочего напряжения КПЕ выбирается обычно (0,6…0,75)Uпр .
Величина пробивного напряжения Uпр зависит от величины воздушного промежутка, давления воздуха и влажности, а также формы электродов.
8. Сопротивление переходных контактов токосъемов определяется их конструкцией, используемыми материалами, характером их поверхностей и контактным нажатием. Величина переходного сопротивления обычно составляет 0,01…0,02 Ом.
Необходимо учитывать степень изменения переходного сопротивления КПЕ, возникающего в процессе вращения ротора конденсатора и определяющего уровень электрического шума в колебательном контуре. В реальных КПЕ с контактным токосъемом уровень шума достигает 2…6 мкВ, а в некоторых случаях 10…20 мкВ. При повышенной влажности и температуре шум возрастает в 3…5 раз.
9. Усилие перемещения подвижной части КПЕ имеет значение для устройств, в которых изменение емкости производится с помощью специальных механизмов. Момент вращения в нормальных условиях может иметь величину (20…500)×10-5кГм.
Большие перепады температур (от –60 до +1000С) вызывают существенное изменение зазоров в сопряжениях подвижной части КПЕ и изменение вязкости смазки. В результате этого усилие может меняться в 2…4 раза.
10. Устойчивость параметров КПЕ при механических воздействиях и под действием влажности определяется конструкцией конденсатора.
Под действием ударов и вибраций конструктивные элементы конденсатора могут смещаться или колебаться с собственной механической частотой. Взаимные смещения отдельных элементов конструкции приводят к необратимым изменениям параметров конденсатора. При сильных ударах могут наблюдаться разрушения в местах соединения элементов конструкций. Керамические оси или изоляторы при ударах и больших вибрациях могут разрушаться.
11. Габариты и вес имеют особое значение для специальной малогабаритной аппаратуры. При заданной величине емкости уменьшить габариты конденсатора можно только за счет уменьшения расстояния между пластинами и увеличения диэлектрической проницаемости диэлектрика, находящегося между пластинами. Современные КПЕ имеют удельную объемную емкость порядка 0,1…8 пФ/см3, а в отдельных случаях 15 пФ/см3.
Вес КПЕ зависит от его объема и от удельного веса материала, из которого он изготовлен. Большинство существующих конденсаторов изготавливается из алюминиевых сплавов.