МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Харківський національний університет радіоелектроніки
Кафедра проектування та експлуатації електронних апаратів
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
за курсом: «Елементна база»
Пояснювальна записка
Тема проекту:
«Конденсатор змінної місткості»
Харків 2009
ЗМІСТ
Технічне завдання
Введення
1. Аналіз технічного завдання
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
Паспорт
Висновок
Список використаних джерел
ВСТУП
З усього різноманіття РЕЗ конденсатори займають гідне місце серед них, так як була і залишається необхідність в елементах, здатних змінювати свою ємність в залежності від якогось зовнішнього параметра. Найбільш часто зміна ємності необхідно для зміни резонансної частоти контуру. Існує кілька типів таких елементів, одним з яких є конденсатор змінної ємності (КПЕ), що проектується в даній роботі.
Електричні конденсатори є одним з найбільш масових елементів РЕЗ. Застосування конденсаторів пояснюється досить широкими функціональними можливостями як елементів коливальних контурів, а також елементів фільтруючих, розділових пускових, завадоподавляючих, блокувальних та інших кіл.
1. АНАЛІЗ ТЕХНІЧНОГО ЗАВДАННЯ
Аналіз технічного завдання виявив:
1. Закон зміни ємності - прямоемкостной;
2. Максимальна ємність Сmax = 240 пФ;
3. Мінімальна ємність Сmin = 12 пФ;
4. Робоча напруга Uраб = 9 В;
5. Температурна стабільність ємності - ° С-1;
8. Річний випуск - 150 000 шт;
Даний конденсатор буде експлуатуватися в приймальні апаратурі в Виконання приладу повинна відповідати УХЛ-2 ГОСТ 15150 - 69 - для районів з помірним і холодним кліматом.
Значення кліматичних факторів зовнішнього середовища при експлуатації та випробуваннях УХЛ-2 ГОСТ 15150 - 69.
Виконання виробів - УХЛ; категорія виробів - 2.
Впливу температури:
Граничні робочі значення температур:
Верхнє значення ° С;
Нижнє значення ° C.
Абсолютна вологість:
Середньорічне значення - 11 .
Відносна вологість:
Середньорічне значення - 80% при 15 ° С.
Інтенсивність дощу - 3мм/хв
2. ПЕРЕГЛЯД АНАЛОГІЧНИХ КОНСТРУКЦІЙ І ВИБІР НАПРЯМКИ ПРОЕКТУВАННЯ
Конструкція конденсатора змінної ємності (КПЕ) та його основних елементів повинна відповідати призначенню конденсатора і вимогам до стабільності, точності, втрат, розмірами, технологічності, вартості і відсутності паразитних зв'язків.
Основними елементами конструкції КПЕ, які значною мірою визначають параметри конденсатора, є корпус, ротор і статор, підшипники і струмознімальних устройcтво. Розглянемо практичне виконання цих елементів.
По конструктивному виконанню корпусу, ротора і статора конденсатори можуть бути розділені на литі, фрезеровані і штамповані.
Фрезеровані конденсатори виготовляються фрезеруванням роторної і статорної систем і корпусу з суцільного шматка металу, найчастіше з алюмінію і його сплавів. Відрізняються високими електричними і механічними показниками, але складні у виготовленні, металлоемки, а тому малопридатні для масового виробництва. Литі конденсатори виготовляють литтям з алюмінієвих або цинкових сплавів. Статорна система складає одне ціле з корпусом. Товщина пластин при цьому може бути отримана близько 2 мм, а зазор не менше 1,0 мм. Литі конденсатори відрізняються високою стабільністю, але не можуть бути виготовлені великої ємності без значного збільшення розмірів.
Штамповані конденсатори найбільш зручні для масового виробництва, хоча по електричних характеристиках вони поступаються попереднім типам. Вони виготовляються зі штампованих деталей, з'єднуються між собою за допомогою пайки, відбортовки, задавливания або розкарбування. Статорні пластини з'єднуються в пакет за допомогою спеціальних колонок або гребінок, в шліци яких вставляються кінці пластин; при Cборка ці кінці задавлівать спеціальним інструментом. Закріплення роторних пластин відбувається аналогічним способом. При застосуванні сталевих або латунних пластин задавливания решт замінюється пайкою, що усуває залишкові деформації і підвищує стабільність. При одиничному виробництві стабільних конденсаторів можливе збирання ротора і статора на каліброваних шайбах, фіксують зазори між пластинами.
Рис 1.1 - Зовнішній вигляд корпусу і ротора литого конденсатора змінної ємності для УКХ (1 - статор, 2 - керамічна вісь, 3 - роторні секції).
Малюнок 1.2 - Пристрій струмозніманні (а і б - пружинні струмозніманні, в - пружинний спрощений, г - цанговий токос'ем, д - з гнучким висновком).
При виборі напрямку проектування слід враховувати всі параметри, особливо, варто звернути увагу на суперечливі фактори. Щоб знайти оптимальне вирішення ситуації, проблеми, необхідно підібрати компромісний варіант конструкції. Крім того, конструкція повинна мати мінімальні паразитними параметрами, габаритами і масою (наскільки це можливо) а також не повинна бути занадто матеріаломісткою, бути зручною для монтажу і т.д. За основу був прийнятий конденсатор КПК-1 на увазі простоти його конструкції.
3. РОЗРАХУНОК КОНДЕНСАТОРИ
3.1 РОЗРАХУНОК ЕЛЕКТРИЧНИХ І КОНСТРУКТИВНИХ ПАРАМЕТРІВ
Величина зазору d вибирається виходячи з розмірів конденсаторів, необхідної точності, необхідної стабільності та електричної міцності і 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.
Для наближеного, але задовольняє практичним вимогам розрахунку можна виходити з того, що при нормальному тиску допустима напруженість поля між пластинами становить
500 - 700 В / мм. Тоді величина зазору буде дорівнює:
d = Uр / 500 - 700, мм (3.1)
де Uр - робоча напруга.
d = 9 / 500 = 0.018 мм
Отримали мінімальний зазор між статорними пластинами. Однак, якщо робоча напруга конденсатора мало (Uр <250В), то з технологічних міркувань діаметр приймають: d = 0,3 мм. З точки зору обсягу конденсатора величина зазору повинна бути мінімальною. Але при малих зазорах знижується надійність. Вважається, що конденсатори з зазором менше 0,15 мм викликають надмірне ускладнення виробництва. У конденсаторах підвищеної точності застосовують великі зазори, порядку 1,0 - 1,5 мм. А так як між пластинами конденсатора буде повітря, вибираю величину зазору дорівнює 1 мм.
Пластини конденсатора будуть виконуватися з алюмінію (ТКЛР дорівнює ° С-1). Діаметр осі вибираю рівним 3 мм.
Радіус вирізу в статорних пластинах r0 визначається радіусом осі і зазором між роторними і статорними пластинами:
r0 = Rос + (2 ÷ 3) d, (3.2)
де Rос - радіус осі.,
r0 = , Мм.
Визначимо форму пластини ротора, що забезпечує необхідну функціональну залежність ємності. Для забезпечення прямоемкостной залежності ємності потрібно ротор напівкруглої форми. Формула розрахунку обриси роторної пластини, що забезпечує будь-яку функціональну залежність ємності:
Rф = , Мм (3.3)
де n - число пластин,
dC / dФ - похідна залежності ємності контуру від кута повороту.
Залежність ємності від кута повороту ротора для прямоемкостной залежності ємності:
=
(3.4)
де Cmin - початкова ємність конденсатора, пФ,
Cmax - максимальна ємність конденсатора або номінальна, пФ.
Підставляючи (3.4) в (3.3) отримаємо:
Rф = , Мм, (3.5)
де - Діелектрична проникність повітря.
Загальна кількість пластин вибираю наступним чином: при великому числі пластин, довжина конденсатора виходить надмірної, при малому - зростають розміри кожної пластини що знижує їх жорсткість, тому вибираю кількість пластин таким чином, щоб довжина конденсаторної секції приблизно була дорівнює радіусу, ротора або менше, щоб конденсатор не вийшов дуже високим. Кількість пластин
n = 15. Тоді:
Rф = = 1.721 см = 17.21 мм.
3.2 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 змінами лінійних розмірів осі, пластин і, як наслідок, зазорів і зміною діелектричної проникності діелектрика, що знаходиться в електричному полі конденсатора.
Треба мати на увазі, що ємність КПЕ складається з двох частин: постійної частини (представляє собою мінімальну ємність, величина якої не залежить від положення ротора) і змінної частини, величина якої змінюється при переміщенні ротора. Кожна з цих ємностей має певний ТКЕ.
Температурний коефіцієнт змінної частини ємності (ТКЕ ~) конденсатора визначається за формулою:
ТКЕ ~ = ТКЕ ± TKSA + TKd (3.7)
де ТКЕ - Температурний коефіцієнт діелектричної проникності діелектрика (для повітря) дорівнює -1,870 ° С-1;
TKSAі TKd - температурні коефіцієнти активної площі пластин і зазору, відповідно.
Температурний коефіцієнт активної площі пластин обумовлюється температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу α мп, з якого вони виготовлені, та відносним переміщенням секції ротора і статора, викликаним температурним коефіцієнтом лінійного розширення матеріалу корпусу α мк, тобто:
TKSA = TKSS TKSL, (3.8)
де TKSS і TKSL - температурні коефіцієнти активної площі пластин;
TKSS = 2 α мп, (3.9)
де α мп - температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлені пластини.
TKSL = α мп - α мк, (3.10)
де α мк - температурний коефіцієнт лінійного розширення матеріалу, з якого виготовлений корпус (підстава конденсатора). Матеріалом для основ конденсатора вибрав алюміній
α мк = ° С-1.
Розрахуємо TKSL за формулою 3.10:
TKSL = =
, ° С-1
Розрахуємо TKSS за формулою 3.9:
TKSS = , ° С-1
Підставляючи отримані значення в (3.8) отримаємо:
TKSA = , ° С-1
Так як пластини кріпляться до осі ротора і стійок пайкою, то температурний коефіцієнт зазору між пластинами розраховується за наступною формулою:
ТКD = (3.11)
де - Температурний коефіцієнт лінійного розширення зазору;
- Зазор між пластинами одного знака;
- Товщина пластин.
Товщину пластин вибираємо рівної 5 мк м, в слідстві виникнення можливого тертя керамічного діелектрика про пластину статора.
Розрахунковий ТКЕ конденсатора склав ° С-1.
3.3 РОЗРАХУНОК струмозніманні
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 Rп 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.
ПАСПОРТ
1.Рабочее напруга, В. ...................................... 9
2.Максимальна ємність, Пф .................................... 240
3.Мінімальная ємність, Пф .................................... 12
4.Температурная стабільність ємності, ° С-1 .....................
5.Среда експлуатації ................................. згідно УХЛ 2
6.Габарітние розміри, мм .................................. 40х75
ВИСНОВОК
У даному курсовому проекті було зроблено розрахунок змінного конденсатора з прямоемкостной залежністю. Даний конденсатор змінної ємності призначений для використання в якості регулювального для підстроювання контурів у радіоприймальної апаратури.
Вісь ротора і статора будемо робити з одного матеріалу, ТКЕ якого повинно бути як можна ближче за своїм значенням до ТКЕ кераміки, щоб покращити загальний ТКЕ конденсатора. Для кераміки з ТКЕ рівним 0 ° С-1, був обраний алюміній з ТКЕ ° С-1.
Всі вжиті заходи виправдали себе, і при проведенні розрахунків було визначено температурний коефіцієнт ємності, який склав ° С-1.
Для реалізації прямоемкостной залежності був розрахований радіус пластини ротора -17,21 мм.
СПИСОК Використання джерел
1. Волго В.А. Деталі й вузли РЕА - М.: Енергія. 1977 .- 656с.
2. Світенко В.М. Електрорадіоелементи .- М.: Вища школа, 1987.
3. Ричіна Т.А. Електрорадіоелементи .- М.: Радянське радіо, 1976.
4. Радіокераміка під. ред. Богородицького і Пасинкова. - М.-Л.: ГосЕнергоІздат, 1963.
7. Бєлінський В.Т. та ін Практичний посібник з навчального конструювання РЕА. - К.: Вища школа, 1992.
8. Деммер Дж. В.А. і Норденберг Г.М. Конденсатори постійної і змінної ємності. - М.-Л.: ГосЕнергоІздат, 1963, 315 с.