Конденсаторы с механически управляемой емкостью

Конденсаторы переменной емкости

Конденсаторы переменной емкости являют­ся одним из наиболее важных элементов современной радиоаппара­туры, обеспечивая в большинстве случаев настройку контуров как в радиоприемной, так и в радиопередающей аппаратуре. Кроме того, они применяются достаточно широко в измерительной аппа­ратуре и в разнообразных устройствах электронной техники.

К рассматриваемому типу конденсаторов можно также отнести подстроечные конденсаторы (конденсаторы полу­переменной емкости), у которых емкость изменяют лишь в период настройки аппаратуры при выпуске ее с завода; после того, как подобрано нужное значение емкости, оно фиксируется и конден­сатор работает в дальнейшем как конденсатор постоянной емкости; новая перенастройка конденсатора производится только при ре­монте данной аппаратуры.

Изменение емкости в конденсаторах с механическим управле­нием достигается за счет изменения одной из двух величин, опре­деляющих емкость: площади обкладок или зазора между обкладками. При этом в основном используются или кон­денсаторы плоского типа (обычно плоского многопластин­чатого) или цилиндрического (трубчатого) типа. В пер­вом случае при постоянстве зазора, согласно формулам (2) и (3), емкость конденсатора должна изменяться прямо пропорционально изменению площади перекрытия обкладок (рис. 83, а). Для изменения последней необходимо производить механическое перемещение обкладок одного знака по отношению к обкладкам другого знака. Это перемещение, изменяющее площадь перекры­тия, можно осуществлять или поступательным, или вращательным движением. Чаще всего в переменных конденсаторах применяется вращательное движение подвижной системы обкла­док (ротора) по отношению к неподвижной (статору).

При изменении зазора между обкладками плоского конденсатора его емкость, согласно формуле (2), должна изменяться обратно пропорционально величине зазора; при этом изменение емкости носит гиперболический характер (рис. 83, б). Для изготовления подстроечных конденсаторов ма­лой емкости с тонкой регулировкой емкости обычно используют правую ветвь кривой, где емкость мало изменяется с изменением зазора. Левая часть кривой используется в подстроечных воздушнослюдяных конденсаторах. Неудобством этого способа изменения емкости является то, что при изменении зазора ме­няется пробивное напряжение конденсатора. Этот способ регу­лировки емкости применяется относительно редко.

При использовании цилиндрического конденсатора для изме­нения его емкости применяют поступательное движе­ние внутренней обкладки по отношению к внешней, неподвиж­ной (рис. 84, а). При этом происходит изменение длины перекры­тия обкладок, пропорционально которому изменяется емкость, согласно формуле (4). Этот принцип изменения емкости широко применяется в современных подстроечных конденсаторах. Воз­можно также использовать вращательное движение одного полу­цилиндра по отношению к другому, получив возрастание емкости, пропорциональное увеличению площади перекрытия, зависящей от угла поворота , при постоянстве зазора (рис. 84, б); этот способ изменения емкости применяется редко. Изменение зазора в цилиндрическом конденсаторе можно осуществить, если внутрен­няя обкладка имеет ось, смещенную по отношению к оси внешней обкладки, причем мы будем поворачивать внутреннюю обкладку вокруг ее оси.

Таким образом, основными типами переменных конденсаторов, если их классифицировать по особенностям конструкции, являются:

а) плоские многопластинчатые конденсаторы с вращательным движением одной системы обкладок (пластин) по отношению к другой;

б) цилиндрические конденсаторы с поступательным движением внутренней обкладки по отношению к внешней.

По виду диэлектрика переменные конденсаторы можно разбить на следующие типы:

а) с газообразным или жидким диэлектриком: воздушные, вакуумные, газонаполненные, маслонаполненные;

б) с твердым неорганическим диэлектриком: керамические, стеклянные, воздушно-слюдяные.

в) с твердым органическим диэлектриком: пластмассовые, воздушно-пленочные.

По основному назначению различают конденсаторы: а) — для радиоприемной аппаратуры; б) — для радиопередающей аппара­туры; в) — для электроизмерительной техники. В случаях а) и в) конденсаторы рассчитываются на небольшие напряжения, обычно не превышающие нескольких сотен вольт, а чаще — нескольких десятков вольт; в случае б) при работе конденсатора в колеба­тельном контуре большой мощности напряжения на конденсаторе могут достигать десятков киловольт.

При небольших напряжениях основным типом переменного конденсатора с механическим управлением емкостью является воздушный конденсатор плоского многопластинча­того или цилиндрического типов. Этот тип конденсатора обеспечи­вает возможность получения наиболее высоких электрических свойств (малый , малый ТКЕ, стабильность емкости), но имеет относительно большие размеры, что ограничивает верхний предел емкости значениями порядка 500—600 пФ.

Заливка зазоров в воздушном переменном конденсаторе жид­ким диэлектриком увеличивает его емкость в раз, то есть примерно в 2 раза при неполярных жидкостях и в 4—6 раз — при полярных, одновременно повышая и пробивное напряжение конденсатора. Однако замена воздуха жидкостью резко ухудшает электрические свойства конденсатора и требует его герметизации, что усложняет конструкцию и вызы­вает увеличение размеров, которое даже может свести на нет выигрыш в емкости, то есть препятствовать существенному улучше­нию удельных характеристик конденсатора. Поэтому переменные конденсаторы с жидким диэлектриком применяются редко.

Значительно большее распространение получили перемен­ные конденсаторы с твердым диэлектриком как неорганическим, так, последнее время, и органическим; в основном эти конденсаторы применяются в качестве подстроечных. У таких конденсаторов заметно улучшены удельные харак­теристики, но электрические свойства обычно значительно хуже, чем у воздушных конденсаторов, а потому замена воздушного кон­денсатора переменным конденсатором с твердым диэлектриком не всегда возможна.

При использовании твердого диэлектрика в переменном кон­денсаторе, когда одна обкладка должна перемещаться по отноше­нию к другой, практически не удается исключить наличие воздуш­ного зазора. Поэтому в таком случае мы имеем дело не с одним твердым диэлектриком, а также и с последовательно включенным слоем воздуха, что накладывает особый отпечаток на свойства этих конденсаторов.

Для применения в мощных радиопередающих устройствах, где к конденсатору прикладывается высокое напряжение высокой частоты, газовая изоляция представляет интерес прежде всего из-за возможности получения малого и высокой стабильности емкости, обеспечивающей стабильность частоты контура. По­скольку в данном случае требуется обеспечить и достаточно высо­кую электрическую прочность, в качестве диэлектрика в перемен­ном конденсаторе приходится применять сжатый газ или вакуум, причем в последнее время основное развитие нашли вакуумные конденсаторы переменной емкости.