Министерство  образования Российской Федерации

Тамбовский  Государственный  Технический Университет

 
 

Кафедра: КРЭМС 

Курсовой  проект

 

Расчётно-пояснительная  записка по

десциплине: “Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы” 

на тему: “Конструирование конденсаторов переменной ёмкости с механическим управлением” 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Тамбов 2007 г.

 

Содержание 

Введение

1. Общие свойства конденсаторов
2. Анализ задания

2.1 Переменные конденсаторы

2.2 Выбор направления проектирования

2.3 Обзор и анализ аналогичных конструкций

3. Расчёт прямоёмкостного конденсатора переменной ёмкости

3.1 Теоретические данные к расчёту

3.2 Определение исходных данных и численный расчёт

4. Стабильность конденсатора

4.1 Температурная неустойчивость КПЕ

4.2 ТКЕ конденсатора переменной ёмкости с плоскими пластинами

4.3 Условие термокомпенсации

5. Производственные погрешности

5.1 Влияние погрешностей производства

5.2 Влияния способа крепления пластин

5.3 Компенсация производственного разброса характеристики С=f КПЕ

5.4 Методы обеспечения механической устойчивости

6. Конструкция конденсаторов переменной ёмкости

Заключение

Список используемой литературы

Приложение

 

      Введение 

     Термином  радиоэлектронная аппаратура (РЭА) называют устройства или совокупности устройств, в которых исполняют полупроводниковые, электронные, газоразрядные и им аналогичные приборы.

     Непременными  изделиями любого устройства являются элементы. Часть этих элементов является составной частью конструкции устройства и предназначается для различных  механических соединений, передачи и направления движений – различные оси и валы, колёса и шестерни, подшипники, скобы, планки.

     Другая  часть элементов сочетает выполнение механических операций с электрическими. Это различные переключатели, реле, электродвигатели, штепсельные разъёмы и аналогичные им электрические элементы.

     И, наконец, третья часть элементов, особенно многочисленная и характерная для  РЭА, образует электрическую схему. Согласно ГОСТ 2.701-68 их называют элементами схемы. К ним относят резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, трансформаторы и различные полупроводниковые и электронные приборы. Такие элементы могут иметь достаточно сложное устройство, но не допускают разделения на части, имеющие самостоятельное функциональное назначение.

     Наибольшее применение в РЭА находят резисторы, конденсаторы и некоторые моточные изделия. Их называют элементами (радиокомпонентами) общего применения. Можно указать, что на один усилительный прибор (например, трансформатор) в среднем приходится от 4 до 25 резисторов, от 2 до 15 конденсаторов и от 3 до 5 различных моточных изделий. Поэтому мировое производство резисторов и конденсаторов составляет миллиарды штук в год. В меньших количествах 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 технткоэкономические 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 эксплуатации, так и при различных воздействиях (климатических, механических и др.).

     Специальные элементы широкой нормализации и  стандартизации не подверглись, а поэтому  проектируются применительно к  требованиям электрической схемы  и конструкции конкретного устройства и условиями его эксплуатации.

     Основными электрическими параметрами являются номинальное значение величины, характерной  для данного элемента (сопротивление  резисторов, ёмкость конденсаторов, индуктивность катушек и т.д.) и пределы допускаемых отклонений; параметры характеризующие электрическую прочность и способность долго выдерживать электрическую нагрузку; параметры характеризующие потери, стабильность и надёжность.

 

1. Общие свойства конденсаторов 

     Конденсаторы  применяемы в РЭА, можно разделить  на конденсаторы постоянной ёмкости, переменной ёмкости и подстроечные конденсаторы.

     Конденсаторы  постоянной ёмкости применяют в  различных фильтрах, а также в  колебательных контурах для получения  фиксированной настройки, сопряжения, термокомпенсации и т. п.

     Конденсаторы  постоянной ёмкости, так же как и резисторы, являются особенно широко применяемыми элементами схемы, к которым предъявляются чрезвычайно разнообразные требования. Поэтому существует большое количество типов конденсаторов, значительная часть которых стандартизована (типовые конденсаторы) и налажено их массовое производство.

     Выбор нужного типа производится на основании электрических характеристик.

     Конденсаторы  переменной ёмкости (КПЕ) применяются  для плавной настройки колебательных  контуров, регулировки различных  связей и т. п. Конденсаторы переменной ёмкости ещё не подверглись полной стандартизации, и их разрабатывают применительно к схемам и требованиям конкретного задания.

     Подстроечные  конденсаторы применяют в тех  цепях, ёмкость которых должна точно  устанавливаться при разовой  или периодической регулировке и не изменяться в процессе эксплуатации, например для выравнивания начальных ёмкостей сопряженных контуров, для настройки контуров с фиксированной настройкой, в качестве конденсаторов связи и т. п. Некоторые типы подстроечных конденсаторов стандартизованы и производятся в установленном порядке.

     В зависимости от вида применяемого диэлектрика  различают конденсаторы с газообразным, жидким и твёрдым диэлектриком. Отдельную  группу составляют конденсаторы с оксидным диэлектриком (электролитические).

     Конденсаторы  с газообразным диэлектриком могут  быть: вакуумными, газонаполненными и  воздушными. Конденсаторы с твёрдым  диэлектриком подразделяются на конденсаторы с органическим диэлектриком – бумажные, металлобумажные и плёночные (из органических синтетических плёнок) и на конденсаторы с неорганическим диэлектриком – керамические, слюдяные, стеклянные, стеклокерамические, стеклоэмалевые и т. п. Конденсаторы с жидким диэлектриком, а также вакуумные и газонаполненные в относительно маломощной РЭА имеют ограниченное применение.

     Конденсаторы  постоянной ёмкости обычно выполняются  в твёрдом диэлектрике из конденсаторной керамики, слюды, бумаги, синтетических  плёнок, конденсаторы переменной ёмкости  – с воздушным диэлектриком.

     Свойства  конденсаторов характеризуются следующими основными параметрами: номинальной ёмкостью и допустимыми отклонениями от фактической ёмкости от номинальной; электрической прочностью; реактивной мощностью; сопротивлением изоляции; потерями; собственной индуктивностью и параметрами, характеризующими надёжность и стабильность ёмкости при воздействии температуры, влажности и других климатических и механических факторов, при длительном хранении, а также размером, массой и стоимостью. Конденсаторы переменной ёмкости характеризуют рядом дополнительных параметров, которые будут рассмотрены ниже.

     Номинальная ёмкость типовых конденсаторов  постоянной ёмкости (кроме электролитических, бумажных и плёночных) установлена  ГОСТ 2519-67. Численные значения номинальных  ёмкостей определяются рядами предпочтительных чисел Е6, Е12 и Е24 для допускаемых отклонений 5, 10 и 20%  и более и рядами Е48, Е96 и Е192 для допускаемых отклонений меньше 5 %. Ёмкость электролитических конденсаторов (в мкФ) определяется рядом 1, 2, 5, 10, 20, и т. д.; ёмкость бумажных (в мкФ) – рядом 0,1, 0,25, 0,5, 1,2, 4,6, 8, 10, 20, 40 и т. д.

     Для конденсаторов переменной ёмкости  и подстроечных номинальной ёмкости  не установлены.

     Допускаемые отклонения фактической ёмкости от номинальной для конденсаторов постоянной ёмкости установлен ГОСТ 9661-73. Наиболее употребительными являются конденсаторы с допускаемым отклонением 5, 10, 20%. Для прецизионных установлены меньшие пределы (от 0,1%), для конденсаторов, к точности которых не предъявляется строгих требований, например для электролитических, до %.

     Для оценки размеров различных конденсаторов  их ёмкость относят к единице  объёма и называют это отношение удельной ёмкостью (мкФ/кл³). Наибольшей удельной ёмкостью обладают электролитические конденсаторы, а наименьшей воздушные.

     Электрическая прочность конденсаторов характеризуется:

     a) нормальным (идеально допускаемым) напряжением – максимальным напряжением, при котором конденсатор может работать в заданном диапазоне температур в течении гарантированного срока службы. Шкала номинальных напряжений установлена ГОСТ 9665-68;

     б) исключительным напряжением – максимальным напряжением, при котором конденсатор может, находиться не пробиваясь, небольшой промежуток времени. Это напряжение характеризует электрическую прочность конденсатора при кратковременных перегрузках;

     в) пробивным напряжением – минимальным  напряжением, при котором происходит пробой диэлектрика. Конденсаторы для очень высоких напряжений – десятки киловольт характеризуется ещё разрядным напряжением по поверхности.

     Соотношение между этими напряжениями определяется видом диэлектрика.

     Электрическая прочность зависит от конструкции конденсатора и внешних условий; при повышении температуры, влажности и понижении атмосферного давления (до определённого предела) она уменьшается. Поэтому допускаемое (рабочее) напряжение должно быть ниже номинального.

     Реактивная  мощность – характеризует нагрузочную способность конденсатора в случаях, когда при наличии на конденсаторе больших напряжений высокой частоты, например больше 1000 В. может произойти перегрев диэлектрика и разрушение конденсатора.

     Сопротивление изоляции между обкладками конденсатора и между обкладками и корпусом определяется качеством применяемого диэлектрика. При низком сопротивлении изоляции появляются значительные токи утечки, которые могут нарушить работу определённых участков схемы. Совершенно недопустимо применение конденсаторов с утечкой в качестве переходных.

     Сопротивление изоляции зависит от температуры  и влажности; при повышении температуры  и влажности она резко падает.

     Потери  в маломощных конденсаторах в  основном вызывается замедленной поляризацией и проводимостью диэлектрика; потери в обкладках и выводах таких конденсаторов достаточно малы, и ими обычно пренебрегают.

     Конденсаторы  с потерями понижают добротность  колебательных контуров и создают  дополнительные фазовые сдвиги в  электрических цепях, влияют на величину ёмкости и на стабильность конденсатора.

     Потери  характеризуются тангенсом угла потерь tg ,называют добротностью конденсатора: Q_c= .

     На  величину потерь значительное влияние  оказывают влажность и температура. При повышении частоты, температуры, влажности потери возрастают.