Расчёт малогабаритного конденсатора (стр. 1 из 2)

Расчёт малогабаритного конденсатора

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

1. Анализ технического задания

1.1 Исходные данные

1.2 Выбор конструкции КПЕ

2. Анализ аналогичных конструкций и направление проектирования

3. Электрический и конструктивный расчёт

3.1 Выбор числа и геометрических размеров пластин

3.2 Определение формы и размеров пластин

3.3 Вычисление температурного коэффициента ёмкости

Содержание

Паспорт

Список литературы

Приложения

1. АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

1.1 Исходные данные

Минимальная ёмкость, С_min, пФ

Максимальная ёмкость, С_max, пФ - 1000

Рабочее напряжение, U_раб, В

Температурный коэффициент ёмкости, ºС^-1 - 63

Рабочий угол, - 180 º

Закон изменения ёмкости - прямоемкостной

Годовой выпуск, шт. - 5000

Условия эксплуатации - по ГОСТ 15150-69 УХЛ 4.2

1.2 Выбор конструкции КПЕ

В ТЗ указаны требования к габаритам предложенного к разработке КПЕ. Об отсутствии жестких требований говорит и место его установки – стационарная аппаратура. 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.

Введение

Термином радиоэлектронная аппаратура (РЭС) называют устройство или совокупность устройств, в которых используются полупроводниковые, электронные, газоразрядные и им аналогичные приборы. Наибольшее применение в РЭС находят резисторы, конденсаторы, моточные изделия. Их называют элементами (радиокомпонентами) общего применения. Можно указать, что на один усилительный прибор ( например, транзистор) в среднем приходится от 4 до 25 резисторов, от 2 до 15 конденсаторов. Поэтому мировое производство резисторов и конденсаторов составляет миллиарды штук в год. В меньшей мере применяются конструктивно более сложные изделия - различные колебательные контуры и фильтры, называемые специальными элементами. Элементы общего применения являются изделиями массового производства, Поэтому они подверглись достаточно широкой нормализации и стандартизации. Стандартами и нормами установлены технико-экономические и качественные Показатели, параметры и размеры. Такие элементы называют типовыми. Выбор типовых элементов производится по параметрам и характеристикам, Которые описывают их свойства как при нормальных условиях, так и при различных Воздействиях (климатических, механических и др.). Конденсаторы переменной емкости (с механическим управлением) состоят из двух систем параллельных пластин, одна из которых может пластин, одна из которых может плавно перемещаться и ее пластины при этом заходят в зазоры между пластинами второй системы: это изменяет активную площадь, а следовательно и емкость конденсатора.

Неподвижною систему называют статором, а подвижную – ротором.

Наиболее часто применяют конденсаторы с воздушным диэлектриком, так как они отличаются большей точностью установки емкости, малыми потерями и высокой стабильностью.

Конденсаторы с твердым диэлектриком несколько проще в изготовлении, имеют меньшие размеры, но обладают сравнительно низкой точностью и стабильностью, а поэтому применяются в основном в качестве регулировочных в низкочастотных контурах и в радио тракте малогабаритных транзисторных приемников.

Основное применение КПЕ находят в качестве элементов настройки диапазонных колебательных контуров. Поэтому важной его характеристикой является закон изменения емкости – функциональная характеристика, которая определяет характер изменения частоты Колебательного контура при настройке. По этим признакам КПЕ разделяют на прямо-емкостные (линейные), прямо-волновые (квадратичные), прямо-частотные, логарифмические (средне линейные) и специальные.

2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования

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 180^о;

конденсаторы с расширенным угловым диапазоном - угол поворота ротора больше 180^о;

конденсаторы с уменьшенным угловым диапазоном, например равным 90^о.

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.

Газонаполненные конденсаторы, вакуумные и конденсаторы с жидким диэлектриком отличаются сложностью конструкции, поэтому имеют очень ограниченное применение, преимущественно в радиостроении.

По способу выполнения электрического контакта с подвижной частью конденсаторы разделяют на конденсаторы с трущимся, гибким и ёмкостным токосъёмами.

По типу 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 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.

В соответствии с техническим заданием, объём конструкции конденсатора переменной ёмкости должен быть минимальным.

За основу конструкции выбираю штампованный конденсатор с полукруглыми пластинами ротора. При этом роторы между собой не изолируются.

3. Электрический и конструктивный расчет

3.1 Выбор геометрических размеров пластин

Суммарное число пластин конденсатора выбирается с учётом того, что суммарная длинна секции должна быть приближённо равна радиусу пластины ротора и суммарная длина КПЕ не должна превышать заданное в ТЗ значение.

Принимаем число пластин N=31.

Величину зазора находим из следующего выражения:

D =

(3.1)

где U_раб. – максимальное рабочее напряжение, В;

Е - допустимая напряженность поля, В/мм.

Е = (400-700)В/мм

D=

Для предотвращения в статорных пластинах их электрического замыкания с осью вычисляем радиус r₀ :

r_{o =} r_oc+(2-3)d (3.2)

где r_oc – радиус оси. d = 1мм;

r_o= 1 + 3 * 0.375 = 2,125мм

3.2 Определение формы и размеров пластин

Для расчета радиуса пластины, обеспечивающей прямоемкостную зависимость емкости, пользуемся формулой:

R =

² (3.3)

Где С_max – максимальная емкость конденсатора, пФ;

С_min – минимальная емкость конденсатора, пФ;

r_о - радиус выреза в статорных пластинах, мм;

К =

(3.4)

Подставим данные в формулу (3.4) и (3.3)

К =

R =

² = 8.2мм

Длинна секции определяется по формуле:

l_c = h_плN_р + dN_ст (3.5)

Где h_пл - толщина пластины (выбираем h_пл = 0.3мм);

N_р – число пластин на роторе ;

N_ст – число пластин на статоре;

d- зазор между пластинами ротора и статора, мм.

l_c = 0.3*15 + 0.375*16 = 10,5мм

3.3 Вычисление температурного коефициента емкости

При изменении температуры воздуха изменяются как физические, так и геометрические размеры (s и d) конденсатора, что приводит к изменению ёмкости. Ёмкость КПЕ состоит из двух составляющих: постоянной (представляет собой минимальную ёмкость С_min, величина которой не зависит от положения ротора) и переменной С_пер, величина которой изменяется при перемещении ротора. Каждая из этих емкостей имеет свой определённый ТКЕ

Температурный коэффициент переменной части емкости вычисляем, пользуясь формулой:

TKE= TKE_В + TKS- TKd (3.6)

Где TKS – температурный коэффициент активной площади пластин;

TKd – температурный коэффициент активной площади зазора;