МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра ПЭЭА
Пояснительная записка к курсовому проекту
по курсу: «Элементная база ЭА»
Тема проекта: «Конденсатор переменной емкости (минимальная ёмкость, Сmin, пФ – 8; максимальная ёмкость, Сmax, пФ – 120; рабочее напряжение, Uраб, В – 24; закон изменения ёмкости – прямоволновой)»
2009
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Анализ технического задания
1.1 Анализ условий эксплуатации
1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров
2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
3. Расчет конденсатора
3.1 Расчет электрических и конструктивных параметров
3.2 Вычисление температурного коэффициента емкости
3.3 Расчет контактной пружины
4. Описание конструкции и технологии
Паспорт
Выводы
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Важной частью радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и бытовой в частности являются электрорадиоэлементы (ЭРЭ), которые лежат в их основе. По этой причине неразрывно связаны: качество РЭА и радиоэлементов. Основным этапом, на котором задаются параметры радиоэлементов, является этап проектирования. В ходе проектирования учитывается конструктивные и технологические факторы. Нужно выбрать правильный вариант конструкции, согласовав минимальные габаритные размеры и требуемые технические характеристики.
Задачей данного курсового проектирования является разработка конденсатора переменной ёмкости с заданными параметрами, а также приобретение личного опыта разработки ЭРЭ. Курсовое проектирование должно научить студента самостоятельно работать, а также способствовать его самовоспитанию, так как творческое отношение к труду – важнейшее качество специалиста любой профессии, а развитие творческих способностей является объективной потребностью, диктуемой развитием науки и техники.
1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Исходные данные
Максимальная ёмкость, Сmax, пФ 160
Рабочее напряжение, Uраб, В 24
Закон изменения ёмкости прямоволновый
Программа, шт. 2000
1.1 Анализ условий эксплуатации
Данный конденсатор будет эксплуатироваться в бытовой радиоприёмной аппаратуре в широковещательном диапазоне. Исполнение прибора соответствовует УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 – 69 - для районов с умеренным и холодным климатом.
Значения климатических факторов внешней среды при эксплуатации и испытаниях УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 – 69.
Исполнение изделий – УХЛ; категория изделий - 4.2 .
Общие нормы климатических воздействий на РЭА для исполнения УХЛ приведены в табл. 1.1.
Таблица 1.1 – Общие нормы климатических воздействий на РЭА
| Исполнение | Категория размещения | Воздействия температуры, °С | Воздействия относительной влажности, % | ||||
| Рабочие | Предельные | ||||||
| Верхн | Ниж | Ср. | Верхн | Нижн | |||
| УХЛ | 4.2 | +35 | +10 | +20 | +40 | +1 | 98% при 25°С |
В соответствии с ГОСТ 16019-78 РЭА должна выдерживать нормативные воздействия, приведенные в таблице 1.2.
Таблица 1.2 – Бытовая РЭА. Нормы климатических и механических воздействий для 1-й группы
| Вид воздействия, характеристики | Нормы воздействий |
| Прочность при транспортировании: ускорение, g длительность ударного импульса, мс число ударов, не менее | 15 11 1000 |
| Теплоустойчивость: рабочая температура, °С предельная температура, °С | 40 55 |
| Пониженное атмосферное давление, кПа | 70 |
| Холодоустойчивость: предельная температура, °С | -40 |
| Влагоустойчивость: влажность, % температура, °С | 93 25 |
1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров
В ТЗ не обговорены требования к габаритам и массе предложенного к разработке КПЕ. В связи с этим можно применить воздух в качестве диэлектрика, что позволит сконструировать конденсатор с более высокими качественными показателями по сравнению с конденсаторами с твёрдым диэлектриком. В следующем разделе будут рассмотрены разнообразные варианты конструкций КПЕ и выбраны наиболее подходящие для получения оговоренных в ТЗ характеристик.
Суммарное число пластин конденсатора выбирается с учётом того, что суммарная длина секции должна быть приближённо равна радиусу пластины ротора и суммарная длина КПЕ не должна превышать заданное в ТЗ значение.
Число пластин выбираем в зависимости от максимальной емкости, то согласно ТЗ Сmax=160, следовательно выбираем N=11 [1]
2. ОБЗОР АНАЛОГИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ И ВЫБОР НАПРАВЛЕНИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Изменение ёмкости конденсатора может быть получено двумя принципиально разными способами управления - механическим и электрическим. Особенности конденсаторов с механическим управлением заключается в возможности реализации заданных законов изменения ёмкости при перемещении пластин; получения изменения широкого диапазона изменения ёмкости и больших величин добротности; обеспечение больших рабочих напряжений и малых значений температурного коэффициента ёмкости (ТКЕ); независимости величины ёмкости от приложенного напряжения; сравнительно большом времени, необходимом для изменения ёмкости; зависимости величины ёмкости от влажности и внешних механических воздействий, относительной сложности конструкции и больших габаритах.
Конденсатор переменной ёмкости 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 180о;
- конденсаторы с расширенным угловым диапазоном- угол поворота ротора больше 180о;
- конденсаторы с уменьшенным угловым диапазоном, например равным 90о.
В зависимости от величины приложенного напряжения конденсаторы переменной ёмкости 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 ёмкости конденсаторы подразделяют на прямоёмкостные, 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 твёрдым диэлектриком.
По числу секций конденсаторов, одновременно изменяющих свою ёмкость, конденсаторы делят на односекционные и многосекционные.
Для одновременной настройки 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.
Конденсаторы переменной ёмкости с механическим управлением между собой различаются видом диэлектрика (твёрдый, жидкий или газообразный) и способом задания функциональной зависимости изменения ёмкости от угла поворота (конденсаторы с фигурными пластинами ротора или с вырезом в статорных пластинах).
Воздух по сравнению с твёрдыми и жидкими диэлектриками обладает рядом положительных свойств: ничтожными потерями, малой проводимостью, независимостью диэлектрической проницаемости от частоты и малой зависимостью от температуры, влажности и давления.
К недостаткам воздуха, как диэлектрика следует отнести малые значения диэлектрической проницаемости и пробивного напряжения, что влияет на габаритные размеры КПЕ.
Перечисленные положительные свойства воздуха как диэлектрика позволяют создать наиболее простые конструкции конденсаторов с высокими техническими характеристиками. Исходя из этого- в проектируемом КПЕ в качестве диэлектрика будет использоваться воздух.
У конденсаторов с переменным радиусом выреза в статорной пластине пластины ротора имеют более жесткую конструкцию, что даёт существенное преимущество только для прямоволнового закона изменения ёмкости. Для прямоволновой зависимости такое конструктивное решение является нецелесообразным.
3. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ И КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ
Величина зазора между пластинами ротора и статора выбирается с учётом требований электрической прочности, точности, температурной стабильности, габаритных размеров и производственно-технических соображений.
При большом зазоре увеличивается электрическая прочность, увеличивается температурная стабильность, но увеличиваются и габаритные размеры КПЕ. Маленький же зазор даёт плохие стабильность и электрическую прочность при малых габаритных размерах. В связи с этим с этим выбираем d = 0,3мм, считая это значение оптимальным с точки зрения отношения характеристик и габаритных размеров.