Конденсатор змінної ємності мінімальна ємність Сmin-7 пФ максимальна ємність Сmax160 пФ

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРКІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ

Кафедра ПЕЕА

РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

З дисципліни: "Елементна база ЕА"

Тема: "Конденсатор змінної ємності: мінімальна ємність, З min -7 пФ; максимальна ємність, З max - 160 пФ"

Виконав:

Керівник:

2008

ЗМІСТ

Введення

1. Аналіз технічного завдання

1.1 Аналіз умов експлуатації

1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів

2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування

3. Розрахунок конденсатора

3.1 Розрахунок електричних і конструктивних параметрів

3.2 Обчислення температурного коефіцієнта ємності

3.3 Розрахунок контактної пружини

4. Опис конструкції і технології

Паспорт

Висновок

Список використаних джерел

ВСТУП

Важливою частиною радіоелектронної апаратури (РЕА) і побутової зокрема є електрорадіоелементи (ЕРЕ), які лежать в їх основі. З цієї причини нерозривно пов'язані: якість РЕА та радіокомпонентів. Основним етапом, на якому задаються параметри радіоелементів, є етап проектування. У ході проектування враховується конструктивні і технологічні фактори. Потрібно вибрати правильний варіант конструкції, погодивши мінімальні габаритні розміри і необхідні технічні характеристики.

Завданням даного курсового проектування є розробка конденсатора змінної ємності з заданими параметрами, а також придбання особистого досвіду розробки ЕРЕ. Курсове проектування повинно навчити студента самостійно працювати, а також сприяти його самовихованню, так як творче ставлення до праці - найважливіша якість фахівця будь-якої професії, а розвиток творчих здібностей є об'єктивною потребою, що диктується розвитком науки і техніки.

1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ

Вихідні дані

Мінімальна ємність, З min, пФ ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... .... 7

Максимальна ємність, З max, пФ ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... .... ... ... .. 160

Робоча напруга, U раб, В ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... .... ... ... ... 24

Закон зміни ємності ... ... ... .. ... ... ... ... ... ... ... .... прямоволновий

Програма, шт. ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .. 21000

Температурний коефіцієнт ємності (ТКЕ) ... ... ... ... ... 120 * 10 -6 º С -1

1.1 Аналіз умов експлуатації

Даний конденсатор буде експлуатуватися в приемопередающей ЕРА апаратурі в широкомовному діапазоні. Виконання приладу соответствовия УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 - 69 - для районів з помірним і холодним кліматом.

Значення кліматичних факторів зовнішнього середовища при експлуатації та випробуваннях УХЛ-4.2 ГОСТ 15150 - 69.

Виконання виробів - УХЛ; категорія виробів - 4.2.

Загальні норми кліматичних впливів на РЕА для виконання УХЛ наведені в таблиці 1.1.

Таблиця 1.1 - Загальні норми кліматичних впливів на РЕА

Виконання

Категорія

розміщення


Впливу температури, ° С

Впливу відносної вологості,%



Робітники

Граничні




Верхн

Ниж

СР

Верхн

Нижн


УХЛ

4.2

+35

+10

+20

+40

+1

98% при 25 ° С

Відповідно до ГОСТ 16019-78 РЕА повинна витримувати нормативні впливу, наведені в таблиці 1.2.

Таблиця 1.2 - РЕА. Норми кліматичних і механічних впливів для 1-ї групи

Вид впливу, характеристики

Норми впливів

Міцність при транспортуванні:

прискорення, g

тривалість ударного імпульсу, мс

число ударів, не менш


15

11

1000

Теплотривкість:

робоча температура, ° С

гранична температура, ° С


40

55

Знижений атмосферний тиск, кПа

70

Холодостійкість:

гранична температура, ° С


-40

Вологостійкість:

вологість,%

температура, ° С


93

25

1.2 Обгрунтування додаткових вимог і параметрів

У ТЗ не обговорені вимоги до габаритів і масі запропонованого до розробки КПЕ. У зв'язку з цим можна застосувати повітря в якості діелектрика, що дозволить сконструювати конденсатор з більш високими якісними показниками у порівнянні з конденсаторами з твердим діелектриком. У наступному розділі будуть розглянуті різноманітні варіанти конструкцій КПЕ і обрані найбільш підходящі для отримання обумовлених в ТЗ характеристик.

Сумарне число пластин конденсатора вибирається з урахуванням того, що сумарна довжина секції повинна бути наближено дорівнює радіусу пластини ротора і сумарна довжина КПЕ не повинна перевищувати задане в ТЗ значення.

Число пластин вибираємо в залежності від максимальної ємності, то згідно ТЗ З max = 160, отже вибираємо N = 11 [1]

2. ПЕРЕГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ВИБІР НАПРЯМКИ ПРОЕКТУВАННЯ

Зміна ємності конденсатора може бути отримано двома принципово різними способами управління - механічним і електричним. Особливості конденсаторів з механічним керуванням полягає в можливості реалізації заданих законів зміни ємності при переміщенні пластин; отримання зміни широкого діапазону зміни ємності і великих величин добротності; забезпечення великих робочих напруг і малих значень температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ); незалежності величини ємності від прикладеної напруги; порівняно великому часі, необхідному для зміни ємності; залежності величини ємності від вологості і зовнішніх механічних впливів, відносної складності конструкції і великих габаритах.

Конденсатор змінної ємності з механічним керуванням представляє собою дві системи плоских пластин: нерухому (статор) і рухому (ротор), розташованих таким чином, що при обертанні ротора його пластини входять в зазори між пластинами статора.

У залежності від кута повороту розрізняють: конденсатори з нормальним кутовим діапазоном, при якому кут повороту дорівнює 180 о; конденсатори з розширеним діапазоном кутовим-кут повороту ротора більше 180 о; конденсатори з зменшеним кутовим діапазоном, наприклад рівним 90 о.

У залежності від величини прикладеної напруги конденсатори змінної ємності розраховують:

- Для електричних ланцюгів з малим напругою (менше 200В);

- Для електричних ланцюгів з підвищеним напругою (більше 200В);

- Для електричних ланцюгів з великою напругою (більше 1000В).

За законом зміни ємності конденсатори підрозділяють на прямоемкостние, прямоволновие, прямочастотние і логарифмічні.

За типом діелектрика конденсатори ділять на:

- Конденсатори з повітряним діелектриком;

- Конденсатори, заповнені стисненим газом;

- Вакуумні конденсатори;

- Конденсатори з рідким діелектриком;

- Конденсатори з твердим діелектриком.

За кількістю секцій конденсаторів, одночасно змінюють свою ємність, конденсатори ділять на односекційні і багатосекційні.

Для одночасної настройки кількох контурів застосовуються багатосекційні конденсатори. У залежності від того, які з блоків цього роду застосовані в апаратурі, до схеми з'єднання окремих секцій пред'являють різні вимоги. Наприклад, у тих випадках, коли блок конденсаторів повинен бути простіше і дешевше, використовують схеми, в яких всі ротори гальванічно з'єднані між собою загальною металевої віссю. Однак при цьому між окремими секціями конденсатора виникає електричний зв'язок, яка пояснюється електричну провідність осі, що з'єднує ротори. В інших випадках, коли істотно важливо якомога більше зменшити зв'язок між змінними контурами, застосовують блоки, у яких і статори і ротори ізольовані один від одного, а вісь, яка з'єднує ротори, зроблена з ізоляційного матеріалу.

Конденсатори змінної ємності з механічним керуванням між собою різняться виглядом діелектрика (твердий, рідкий або газоподібний) і способом завдання функціональної залежності зміни ємності від кута повороту (конденсатори з фігурними пластинами ротора або з вирізом в статорних пластинах).

Повітря в порівнянні з твердими і рідкими діелектриками володіє рядом позитивних властивостей: нікчемними втратами, малою провідністю, незалежністю діелектричної проникності від частоти і малої залежністю від температури, вологості та тиску.

До недоліків повітря, як діелектрика слід віднести малі значення діелектричної проникності і пробивної напруги, що впливає на габаритні розміри КПЕ.

Перераховані позитивні властивості повітря як діелектрика дозволяють створити найбільш прості конструкції конденсаторів з високими технічними характеристиками. Виходячи з цього-у проектованому КПЕ в якості діелектрика буде використовуватися повітря.

У конденсаторів зі змінним радіусом вирізу в статорної пластині пластини ротора мають більш жорстку конструкцію, що дає суттєву перевагу тільки для прямоволнового закону зміни ємності. Для прямоволновой залежності таке конструктивне рішення є недоцільним.

3. ЕЛЕКТРИЧНИЙ І КОНСТРУКТИВНИЙ РОЗРАХУНОК

Величина зазору між пластинами ротора і статора вибирається з урахуванням вимог електричної міцності, точності, температурної стабільності, габаритних розмірів та виробничо-технічних міркувань. Величина зазору визначається: d з = U р/750 = 24/750 = 0.032.

При великому зазорі збільшується електрична міцність, збільшується температурна стабільність, але збільшуються і габаритні розміри КПЕ. Маленький ж зазор дає погану стабільність та електричну міцність при малих габаритних розмірах. У зв'язку з цим з цим вибираємо Dз = 0,25 мм, вважаючи це значення оптимальним з точки зору ставлення характеристик і габаритних розмірів.

Для запобігання короткого замикання між роторними і статорними пластинами в статорних пластинах робиться виріз. Його радіус визначається з урахуванням зазору Dз і радіуса осі r осі = 2 мм за формулою:

D осі = 4мм. r 0 = r осі + (2 ÷ 3) Dз = 2 + (2 ÷ 3) · 0,25 = 2.5 мм,

Вибираємо максимальне значення r 0 = 2.5 мм, так як при більшому радіусі зменшується значення паразитної ємності.

3.1 Визначення форми і розмірів пластин ротора

Прямоволновая залежність ємності від кута повороту математично описується функцією:

С = (a φ + b) 2, (3.1)

де a = ( - ) / 180;

b = С min; K = ;

φ - кут повороту ротора.

N - загальне число пластин статора і ротора

Залежність радіусу ротора від кута повороту для отримання необхідної функціональної залежності описується наступним виразом:

R = ,

де:

k - постійна;

r 0 - радіус вирізу в пластині статора;

φ - кут повороту.

Обчислимо значення коефіцієнтів a і b:

a = 0.05; b = 7;

Розрахунок R зробимо за допомогою пакету прикладних програм Excel. Результати роботи програми (з кроком 20 º) наведені в таблиці 3.1.

Таблиця 3.1полученние значення радіусів при різних значеннях φ, °

φ, °

0

20

40

60

80

R, мм

3,9

4,4

4,8

5,2

5,6

φ, °

100

120

140

160

180

R, мм

5,9

6,2

6,5

6,9

7,1

Довжина секції визначається за формулою:

l 0 = h пл N + d (N-1); (3.3)

де h пл - товщина пластини (вибираємо h пл = 0,3 мм);

N - сумарна кількість пластин в секції;

d з-зазор між пластинами ротора і статора, мм.

l з = 0,3 · 11 + 0,25 · 10 = 5,8 мм;

Значення l с / Rmax дорівнює 0,8.

3.2 Визначення температурного коефіцієнта ємності

При зміні температури повітря змінюються як фізичні, так і геометричні розміри (s і d) конденсатора, що призводить до зміни ємності. Ємність КПЕ складається з двох складових: постійної (представляє собою мінімальну ємність С min, величина якої не залежить від положення ротора) і змінної З пер, величина якої змінюється при переміщенні ротора. Кожна з цих ємностей має свій певний ТКЕ.

Мінімальна ємність утворюється як сума ємностей через твердий діелектрик і повітря між деталями, що знаходяться під різними потенціалами. У загальному вигляді можна сказати, що

ТКЕ min = ; (3.4)

Так як ємність через діелектрик становить значно меншу частину, ніж ємність через повітря, то можна приблизно вважати це значення рівним 20.10 -6 º С (ТКЕ для повітря).

Температурний коефіцієнт змінної частини ємності можна обчислити, використовуючи формулу

ТКЕ ~ = ТКЕ в + ТКS a, (3.5)

де ТКS і ТКD - температурні коефіцієнти активної площі пластин і зазору відповідно.

обумовлюється температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу α мп, з якого вони зроблені і відносним переміщенням секцій ротора і статора, викликаними температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу корпусу α мк, тобто

ТКS a = ТКS s ± ТКS l, (3.6)

де ТКS a - температурні коефіцієнти активної площі пластин, зумовлені α мп і α мк відповідно.

Тоді

ТК S s = Δ S / (S · Δ t) = 2 α мп · S Δ t / (S · Δ t) = 2 α мп, (3.7)

ТКS l буде визначатися при коливаннях температури навколишнього середовища по зміні відстані між ротором і статором. У зв'язку з тим, що пластини і корпус виконані з одного матеріалу, можна допустити, що зміна активної площі пластин досить мало і ТКS l можна знехтувати.

Підставивши значення коефіцієнта лінійного розширення для інвару в (3.9), отримаємо:

ТКS s = 2.22, 5.10 -6 = 1,8 · 10 -6 º С -1

Тепер знайдемо ТКS a з виразу (3.8):

ТКS a = 22,5 · 10 -6 + 0 = 45.10 -6 º С -1,

Для знаходження скористаємося формулою:

ТКS d = МОL - 2 α МОD) / (l - 2d п), (3.8)

де d = 0,5 (l - 2d п) - величина зазору, мм;

d п - товщина пластини, мм;

l - відстань між пластинами (по середній лінії), мм;

α МОL і α МОD - температурні коефіцієнти лінійного розширення матеріалу осі і пластин відповідно, º С -1.

Підставимо чисельні значення:

d = 0,5 (0,8-0,6) = 0,1 мм,

ТКS d = (11,2-2 · 22,5 · 0,1) / (0,8-2 · 0,3) = 33,5 · 10 -6 º С -1.

Підсумувавши всі складові, спочатку отримаємо значення ТКЕ змінної складової ємності

ТКЕ ~ = 20.10 -6 + 45.10 -6 + 33,5 · 10 -6 = 98,5 · 10 -6 º С -1,

а потім і загальне ТКЕ:

ТКЕ = ТКЕ ~ + ТКЕ min = 98,5 · 10 -6 + 20.10 -6 = 118,5 · 10 -6 º С -1,

Розроблена конструкція конденсатора задовольняє вимогам ТЗ по стабільності.

3.3 Розрахунок контактної пружини

Як матеріал для виготовлення контактної пружини будемо використовувати Бронзу Бр. КМЦ 3-1 (ГОСТ 493-54).

Визначимо відповідний контакт зусилля, виходячи з умови забезпечення необхідної активної складової перехідного опору R п за формулою:

,

де -Коефіцієнт, що враховує спосіб, чистоту обробки і стан поверхні контактних елементів (для дуже грубих поверхонь = 3); -Поверхнева твердість по Бринеллю (вибираємо за м'якшим матеріалу); b-коефіцієнт, що залежить від характеру деформації, виду та форми зони контактування (b = 2).

Н,

Товщину контактного елемента розрахуємо за формулою:

,

де -Коефіцієнт запасу ( = 48); -Середній прогин; -Допустиму напругу на вигин; E-модуль пружності першого роду.

мм,

За сортаментом на використовуваний матеріал отримане значення товщини округлимо до найближчого табличного значення = 0,2 мм.

4. Опис конструкції і технології

Річний випуск проектованого конденсатора дорівнює 2000 штук, отже, використовується серійне виробництво.

За основу конструкції вибираю штампований конденсатор.

Головними частинами розрахованого конденсатора змінної ємності є ротор і статор. Пластини ротора і статора виготовляються штампуванням з листової латуні ГОСТ 931-52 завтовшки 0,6 мм. Пластини ротора до осі ротора кріпляться припоєм ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Корпус виготовлений з прес-порошку К-21-22 ГОСТ 20478-75 методом пресування. Втулки, виготовлені мул латуні ГОСТ 931-52, призначені для вибудовування положення ротора відносно статора. Токос'ем, виготовлений з Бр. КМЦ 3-1 ГОСТ 493-54, клеїмо до корпусу клеєм ВК ОСТ4ГО.029.204.

Штамповані конденсатори зручні для серійного виробництва, хоча по електричних характеристиках вони поступаються попереднім типам. Такий конденсатор може виготовлятися в серійному виробництві, збірку може здійснювати складальник з низьким розрядом.

ПАСПОРТ

Мінімальна ємність, З min, пФ ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... 8

Максимальна ємність, З max, пФ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. .... ... ... .. 160

Робоча напруга, U раб, В ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... .. 24

Число секцій ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... .1

Температурний коефіцієнт ємності, º С -1 ... ... ... ... ... ... ... ... 51,8 · 10 -6

Робочий кут, º ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... .... ... .... 180

Діаметр осі, мм ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... ... .. 4

Закон зміни ємності КПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... прямоволновий

Програма, шт. ... ... .... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .... ... ... ... ... ... .2000

Виконання по ГОСТ 15150-69 відноситься до першої групи виконання УХЛ, категорія розміщення 4.2

ВИСНОВОК

У даному курсовому проекті було зроблено розрахунок КПЕ з прямоволновой залежністю, який призначений для використання в стаціонарній апаратурі.

Як матеріал пластин ротора і статора вибираємо нікель, який має коефіцієнт лінійного розширення 13 * 10 -6 С.

Вісь даного КПЕ виготовляємо з кераміки, з коефіцієнтом лінійного розширення рівним 4.5 * 10 -6 С.

Крім цього, при проведенні розрахунків і при проектуванні було визначено температурний коефіцієнт ємності ТКЕ, що дорівнює 52 10 -6 С -1.

Функціональна залежність ємності від кута повороту - прямоволновая.

Були розраховані радіуси пластин ротора.

Кількість випущених конденсаторів передбачається n = 2000 штук на рік.

Виготовляємо пластини ротора і статора, а так само інші деталі КПЕ методом штампування, так як цей метод найбільш зручний для серійного виробництва, хоча по електричних характеристиках він поступається іншим методам.

Перевагою конструкції такого конденсатора є малі розміри і можливість використання типового виробничого обладнання.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

  1. Волго В.А. Деталі й вузли РЕА. -М.: Енергія. 1977. -656 С.

  2. Пристрої функціональної радіоелектроніки та електрорадіоелементи: Конспект лекцій. Частина I / М.Н. Мальков, В.М. Світенко. - Харків: ХІРЕ. 1992. - 140 с.

  3. Довідник конструктора РЕА: Загальні принципи конструювання / За редакцією Р.Г. Варламова. - М.: Сов. Радіо. 1980. - 480 с.

  4. Фрумкін Г.Д. Розрахунок і конструювання радіоапаратури. - М.: Вища школа. 1986. - 339 с.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Комунікації, зв'язок, цифрові прилади і радіоелектроніка | Курсова
65.5кб. | скачати


Схожі роботи:
Конденсатор змінної ємності мінімальна мкость Сmin 7 пФ максималь
Конденсатор змінної ємності
Конденсатор змінної ємності 2
Конденсатор змінної ємності 2 Застосування конденсаторів
Ємність різкого pn переходу
Основні характеристики і цілі CXE ємність ринку
Ємність ринку поняття фактори методи розрахунку
Ємність ринку Ринок товарів промислового призначення
Конденсатор змінної мкості
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru