Міністерство освіти і науки України
Харківський технічний університет радіоелектроніки
Кафедра ПЕЕА
Реферат
за курсом: "Елементна база"
на тему: "Розрахунок змінної ємності конденсатора"
Зміст
Введення
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Вихідні дані
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку проектування
3. Розрахунок конструкції і необхідних деталей
3.1 Вибір числа і геометричного розміру пластин
3.2 Визначення форми і розмірів пластин
3.3 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
3.4 Розрахунок контактної пружини
Висновок
Список літератури
Введення
Функціональна електроніка - це новий перспективний напрям в сучасній електронній базі РЕЗ. Пристрої функціональної електроніки засновані на використанні динамічних неоднорідностей і фізичних принципів інтеграції. Це відрізняє їх від транзисторів, діодів, інтегральних схем та інших елементів РЕЗ, робота яких заснована на статичних неоднорідностях та конструкторсько-технологічної інтеграції. В даний час стоїть питання про створення пристроїв, як основних носіїв інформації, в яких будуть використані всілякі види динамічних неоднорідностей, тобто пристрої для обробки великих масивів інформації за допомогою інтеграції різних фізичних ефектів.
З усього різноманіття РЕЗ у більшості випадків виникає необхідність в елементах, здатних змінювати свою ємність в залежності від якого - то зовнішнього параметра. Найбільш часто зміна ємності необхідно для зміни резонансної частоти контуру, до складу якого входить елемент. Існує кілька типів таких елементів, одним з яких є конденсатор змінної ємності (КПЕ), що розглядається в даній роботі.
Електричні конденсатори є одним з найбільш масових елементів РЕЗ. У СНД їх випускається до 11 млн. штук на рік (у світі випуск досягає 10 9 штук на рік). Застосовність конденсаторів пояснюється досить широкими функціональними можливостями як елементів коливальних контурів і фільтруючих, розділових пускових, завадоподавляючих, блокувальних ланцюгів і т.д.
1. Аналіз технічного завдання
1.1 Вихідні дані
1. Максимальна ємність смаху = 140пФ;
2. Мінімальна ємність См in = 8пФ;
3. Робоча напруга U раб = 24 В;
4. Залежність ємності від кута повороту ротора - прямоемкостная;
Кількість секцій - 2;
Програма випуску 15000 шт. / Рік
Вибір конструкції КПЕ
Так як в ТЗ пред'являються вимоги до забезпечення габаритних мінімальних розмірів конденсатора змінної ємності, то ми застосовуємо твердий діелектрик. Конденсатори з твердим діелектриком простіше у виготовленні, мають велику питому ємкість, але володіють низькою точністю і стабільністю, і тому застосовуються в якості регулювальних в малогабаритних приймачах широкого застосування.
2. Огляд аналогічних конструкцій і вибір напрямку 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 широкого діапазону зміни ємності і великих величин добротностей; забезпечення великих робочих напруг і малих значень температурного коефіцієнта ємності (ТКЕ); незалежності величини ємності від прикладеної напруги; порівняно великому часу, 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 °;
Конденсатори з розширеним діапазоном кутовим, при якому кут повороту ротора більше 180 °;
Конденсатори з зменшеним кутовим діапазоном, наприклад рівним 90 °.
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 і спеціальні.
За типом діелектрика конденсатори поділяють на:
конденсатори з повітряним діелектриком;
конденсатори з твердим діелектриком;
вакуумні конденсатори;
конденсатори з рідким діелектриком;
газонаповнені конденсатори.
Газонаповнені, вакуумні конденсатори і конденсатори з рідким діелектриком відрізняються складністю конструкції, тому мають дуже обмежене застосування, переважно в потужному радіобудови.
За способом виконання електричного контакту з рухомою частиною конденсатори поділяють на конденсатори з наступним типом струмозніманні: з ковзним контактом, з гнучким з'єднанням і ємнісними токосьемамі.
За типами апаратури, в якій використовуються конденсатори, вони поділяються на конденсатори для масової радіомовної апаратури і конденсатори для професійної радіоапаратури.
За кількістю секцій конденсаторів, одночасно змінюють свою ємність, конденсатори ділять на односекційні і багатосекційні.
Для одночасної настоянки декількох 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, як можна більше зменшити зв'язок між змінними контурами, застосовують блоки, у яких і статори і ротори ізольовані один від одного, а вісь з'єднує ротори, зроблена з ізоляційного матеріалу.
Відповідно до технічного завдання обсяг конструкції конденсатора змінної ємності повинен бути мінімальним. Робоча напруга 24В, число секцій - 2, закон зміни ємності - прямоемкостной.
За основу конструкції вибираємо штампований конденсатор з напівкруглими пластинами ротора.
Крім КПЕ, плавну зміну ємності забезпечують такі елементи, як варикапи і варіконди. Це так звані конденсатори змінної ємності з електрично керованою ємністю.
Варикапи змінюють свою ємність в залежності від прикладеної зворотного зміщення р-n-переходу. Вони мають масу корисних властивостей, таких як малі розміри, висока добротність і стабільність, але при цьому не забезпечують необхідну в деяких випадках діапазон зміни ємності, в результаті чого застосовуються в основному в діапазоні УКХ і на більш високих частотах, а також у схемах, де не потрібно велика зміна ємності.
У варікондах під дією прикладеного постійного змішування змінюється діелектрична проникність матеріалу між обкладками. Вони мають коефіцієнт перекриття по ємності від 2 до 5, але мають низьку температурною стабільністю ємності і не забезпечують необхідний закон її зміни.
3. Розрахунок конструкції і необхідних деталей
3.1 Вибір числа і геометричного розміру пластин
Сумарне число пластин конденсатора вибирається з урахуванням того, що сумарна довжина секції повинна бути наближено дорівнює радіусу пластини ротора. Вибираю сумарна кількість пластин N ротора і статора рівне 7.
Величина зазору d вибирається виходячи з розмірів конденсаторів, необхідної точності, необхідної стабільності та електричної міцності та виробничо - технологічних міркувань. Чим більше зазор, тим вище електрична міцність, стабільність, надійність і точність закону зміни ємності. Слід також врахувати, що при збільшенні зазору збільшується обсяг конденсатора.
Оскільки необхідно забезпечити мінімальні габаритні розміри конденсатора, я вибираю зазор близько 0,2 мм.
3.2 Визначення форми і розмірів пластин
Радіус вирізу на статорних пластинах r 0 = 5мм.
Для розрахунку радіуса пластини, що забезпечує прямоемкостную залежність ємності, використовую формулу:
, Див. (3.1)
де постійна
Довжина конденсаторної секції обчислюється за формулою:
l c = h ž N + d ž (N - 1), (3.2)
де h - товщина пластин;
h = 0.03 см. = 0.3мм. (3.3)
Підставляю чисельні значення у формулу (3.1)
k = ,
,
l c = 0,03 ž 7 + 0,02 ∙ 6 = 0,33 c м. = 3.3 мм.
3.3 Обчислення температурного коефіцієнта ємності
Вплив зміни температури на параметри конденсатора позначається в зміні властивостей та обсягу матеріалів, з яких він виготовлений.
Зміна ємності під впливом температури в основному викликаються зміною лінійних розмірів пластин і зазорів і зміною діелектричної проникності повітря (діелектрика), що знаходиться в електричному полі конденсатора. Треба мати на увазі, що ємність КПЕ складається з двох частин:
постійної частини (представляє собою мінімальну ємністю величина якої не залежить від положення ротора).
змінної частини, величина якої змінюється при переміщенні ротора.
Кожна з цих ємностей має певний ТКЕ, що залежить як від матеріалів, так і від останньої. Температурний коефіцієнт змінної частини ємності (ТКЕ) конденсатора визначається за формулою:
ТКЕ ~ = ТК в
TKS A + TK d (3.4)
де ТК в - температурний коефіцієнт діелектричної проникності
повітря (20 ž 10 -6), 1/град;
TKS A і TK d - Температурні коефіцієнти активної площі пластин і зазору, відповідно, 1/град
Температурний коефіцієнт активної площі пластин обулавлівается температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу мп, з якого вони виготовлені, та відносним переміщенням секції ротора і статора, викликаним температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу основи
мо, тобто:
TKS A = TKS s TKS l, (3.5)
де TKS s і TKS l - температурні коефіцієнти активної площі
пластин і зазору;
TKS s = 2 ž мп, (3.6)
де мп - температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлені пластини;
Так як стабільність конденсатора з твердим діелектриком нижче стабільності конденсатора з повітряним діелектриком, я опускаю обчислення ТКЕ конденсатора.
3.4 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.
Висновок
У даному курсовому проекті було зроблено розрахунок конденсатора з прямоемкостной залежністю. Даний конденсатор змінної ємності призначений для використання в якості регулювального.
До даного конденсатора не пред'являється особливих вимог, значить, вибираємо не дуже дорогі матеріали та просту конструкцію.
Як матеріал пластин ротора і статора вибираємо латунь.
Вісь даного КПЕ виготовляємо теж з латуні. Вибрали форму пластин для даного КПЕ - напівкруглі.
Функціональна залежність ємності від кута повороту - лінійна.
Був розрахований радіус пластини ротора = 18,5 мм.
Кількість випущених конденсаторів передбачається n = 15000 штук на рік.
За конструктивним виконання корпусу, ротора і статора конденсатор є штампованим, так як він призначений для масового виробництва і не відрізняється високими електричними характеристиками.
Я застосовую підшипники тертя і кочення. Підшипник тертя застосовую, так як конденсатор призначений для кишенькового приймача, а, як відомо, така апаратура не стабільна і відрізняється невисокою вартістю.
Список літератури
Волго В.А. Деталі й вузли РЕА - М. Енергія. 2007. - 656с.
Пристрої функціональної радіоелектроніки електрорадіоелементи: Конспект лекцій. Частина 1 / М.Н. Мальков,
В.Н. Світенко. - Харків: ХІРЕ 2002. - 140с.
О.Ю. Савельєв Конденсатори. Конструкція і пристрій - Москва. ЕлАтомІздат. 1983
Самохвалов Я.А. Довідник техніка-конструктора-К. Техніка. 1978. - 592с.