Конденсатор подстроечный с симметричным ротором
СОДЕРЖАНИЕ: Применение подстроечных конденсаторов в симметрично настроенных радиочастотных контурах. Условия эксплуатации и требования к габаритам. Выбор направления проектирования и основных конструкторских решений. Электрический и конструкторский расчеты емкости.МИНИСТЕСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра ПЭЭА
Работа
по дисциплине:
«Элементная база электронных аппаратов»
на тему:
«Конденсатор подстроечный с симметричным ротором»
Выполнил: Лысенко Т.Е.
Проверил: Свитенко В.Н.
Харьков 2008
Введение
Важной частью радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и бытовой в частности являются электрорадиоэлементы (ЭРЭ), которые лежат в их основе. По этой причине неразрывно связаны: качество РЭА и радиоэлементов. Основным этапом, на котором задаются параметры радиоэлементов, является этап проектирования. В ходе проектирования учитывается конструктивные и технологические факторы. Нужно выбрать правильный вариант конструкции, согласовав минимальные габаритные размеры и требуемые технические характеристики.
Задачей данного курсового проектирования является не только проектирование конкретного ЭРЭ, но и приобретение личного опыта разработки ЭРЭ. Курсовое проектирование должно научить студента самостоятельно работать, а также способствовать его самовоспитанию, так как творческое отношение к труду – важнейшее качество специалиста любой профессии, а развитие творческих способностей является объективной потребностью, диктуемой развитием науки и техники.
1. Анализ технического задания
1.1 Назначение
Подстроечные конденсаторы с симметричным ротором применяют при необходимости точной настройки системы пуш-пул или симметрично настроенных радиочастотных контуров очень малыми изменениями емкости. Эти конденсаторы конструируют таким образом, что при повороте ротора емкость каждой системы пластин увеличивается или уменьшается в одинаковой степени.
1.2 Условия эксплуатации
Разрабатываемый конденсатор относится к I климатической группе, используется в стационарной приемной радиоаппаратуре. В I группу входят радиодетали, которые подвергаются воздействию условий, не более суровых, чем обычные климатические условия. Для этой группы характерны изделия, используемые в портативном, ручном оборудовании средств связи, радиочастотные и другие кабели, измерительные приборы, телефонные шнуры, волноводы, штепсельные разъемы [2].
Таблица 1.1 – Климатические требования
| Воздействующий фактор |
Группа I |
| Температура, 0С: рабочая хранения |
От –55 до +55 От –65 до +71 |
| Давление, мм рт. ст: рабочее высота, м |
522 3048 |
| Влажность |
100% относительная влажность с конденсацией влаги на деталях |
| Механическая вибрация: циклы в секунду ускорение,g |
10-55 не применимо |
| Время жизни: при работе, ч при хранении, лет |
30000 5 |
Различают два случая применения подстроечных конденсаторов:
а) для подстройки, при которой конденсатор устанавливают на заданную величину емкости и закрепляют в таком положении;
б) для настройки, при которой необходимо периодическое изменение емкости.
1.3Требования к габаритам
Обеспечить минимальные габаритные размеры.
1.4 Параметры
1.4.1 Максимальная емкость – 50 пФ
1.4.2Минимальная емкость – 3,5 пФ
1.4.3Рабочее напряжение – 12 В
1.4.4Годововй выпуск – 5000 шт.
2. Обзор аналогичных конструкций
Одним из важнейших требований, предъявляемых к подстроечным конденсаторам, является плавность установки ёмкости и надежность фиксации, т.е. сохранение установленной ёмкости во времени и при ударах, вибрациях и других механических воздействиях. Ниже приведены наиболее характерные конструкции подстроечных конденсаторов.
Конденсатор, с вращающимся ротором, состоит из керамического основания, на котором укреплены статор и в специальном подшипнике ротор. Радиус ротора примерно 10 мм, зазор 0,2-0,25 мм. Подшипник и пружинный токосъём создают момент вращения до 500 г*см, что обеспечивает необходимое самоторможение ротора; в некоторых случаях конденсатор снабжают стопорным устройством.
Достоинством таких конденсаторов являются хорошие электрические характеристики, а недостатком – сложность изготовления, поэтому в основном их применяют в специальной РЭА.
Ряд конструкций конденсаторов такого типа нормализован. Наиболее употребительными являются конденсаторы типа КПВ и малогабаритные КПМ и КПВМ. Они выпускаются в нескольких конструктивных вариантах: обычного типа, с разделенным статором («бабочка»)- для использования в двухтактных схемах и дифференциальные.
Цилиндрические подстроечные конденсаторы имеют несколько конструктивных вариантов. Конденсаторы небольшой емкости (до 10-20 пФ) состоят из трубчатого статора и сплошного цилиндрического ротора, осевое перемещение которого осуществляется при помощи винта с большим шагом нареки. Конденсаторы большей ёмкости выполняются с твёрдым диэлектриком или имеют ротор и статор в виде нескольких коаксиальных цилиндров.
Основным недостатком таких конденсаторов является пониженная влагостойкость, обусловленная трудностью удаления влажного воздуха из внутренней полости конденсатора. Конденсаторы небольшой емкости этого типа особенно часто используются в УКВ диапазоне РЭА.
Шайбовые керамические подстроечные конденсаторы типа КПК являются конденсаторами общего применения, так как они относительно дешевы, имеют удовлетворительные электрические характеристики и небольшие размеры. Конденсаторы состоят из керамического основания - статора на котором укреплен вращающийся керамический диск – ротор. Обкладками служат слои серебра на статоре и роторе нанесенные методом вжигания. Промышленность выпускает несколько типов таких конденсаторов наибольшее применение из которых находит КПК-1. малогабаритный вариант такого конденсатора КПК-МП предназначен для использования в печатных схемах а КПК-МН – для навесного монтажа. ТКЕ таких конденсаторов –(200-800)*10-6 1/0С.
Пружинный подстроечный конденсатор состоит из двух металлических обкладок, укрепленных одна над другой на изоляционном основании. Верхняя пластина делается из пружинного материала и при помощи винта может приближаться или отдалятся от нижней пластины, изменяя тем самым емкость конденсатора. Во избежание короткого замыкания к нижней обкладке приклеивается тонкая изоляционная прокладка из слюды или полистирола. Такие конденсаторы достаточно просты в производстве, но отличаются большой нестабильностью, а поэтому применяются лишь в простейшей РЭА.
В простейшей РЭА находит широкое применение также очень дешевый проволочный подстроечный конденсатор, состоящий из куска изолированной проволоки длиной 2-3 см, диаметром 2*1,5 мм, на которой плотно намотана изолированная (ПЭВ) проволока диаметром 0,2-0,3 мм. Подгонка необходимой емкости производится откусыванием части намотки.
3. Выбор направления проектирования и основных конструкторских решений
Т.к. конденсатор подстроечный, то выбираем прямоемкостную зависимость изменения емкости от угла поворота пластин. Конденсатор рассчитан на однократную настройку, петому в качестве подшипника выбираем подшипник трения. В качестве токосъема применяется токосъем со скользящим контактом. В таких токосъемах переходное сопротивление скользящего контакта должно быть по возможности мало (меньше 0,01 Ом) и не изменяться в процессе эксплуатации и во времени. Сборка роторных и статорных пластин осуществляется при помощи шайб. Крепление к месту установки производится при помощи двух болтов М4. Роторные и статорные пластины крепятся на керамическом основании развальцовкой. Роторные и статорные пластины (толщиной 0,14 мм) изготовляются штамповкой из алюминия марки Амг5 (ГОСТ 21488-76) [4] т.к. алюминий хорошо обрабатывается штамповкой, имеет невысокое удельное электрическое сопротивление, устойчив к воздействию влаги, не дорогой. Роторные и статорные оси изготавливаются из бронзы марки БрБ2 (ГОСТ 493-54). Бронза БрБ2 имеет высокие упругие и механические свойства, хорошая пластичность, Значительное сопротивление усталости, высокая коррозионная стойкость. Физические характеристики приведены в таблице 3.1. В качестве диэлектрика между роторными и статорными пластинами используется фторопласт-4 толщиной 0,1 мм.
Таблица 3.1 - Физические характеристики бронзы марки БрБ2
| Физические характеристики материала |
Значение |
| Удельное электрическое сопротивление r, мкОм*см |
6,8 |
| Твердость по Брикелю |
378 |
| Модуль упругости Е*104кгс/мм2 |
1,25 |
| Плотность, r г/см3 |
8,25 |
| Удельная теплопроводность k при 18 0С, Вт/(см*град) |
0,84 |
| Коэффициент линейного расширения 2*10-6 1/град |
16,6 |
| Предел прочности sВ, кг*с/мм2 |
42 |
Бронза БрБ2 имеет высокие упругие и механические свойства, хорошая пластичность, значительное сопротивление усталости, высокая корозионная стойкость.
4. Электрический и конструкторский расчеты
4.1 Минимальная емкость
В расчетах не имеет смысла рассчитывать минимальную емкость конденсатора, т.к. она слишком мала и на неё влияют многие факторы и расчетное значение отличается от полученного в процессе производства.
4.2 Максимальная емкость
В разрабатываемом конденсаторе имеются две секции одинаковой емкости. Выбираем последовательное их включение, в результате чего ёмкость каждой секции будет равна:
(4.1)
где Сс – емкость одной секции;
С – емкость конденсатора.
4.3 Зазор между пластинами ротора и статора
Зазор d между пластинами ротора и статора рассчитывается по следующей формуле
(4.2)
где Um – амплитуда переменного напряжения на конденсаторе, В.
Т.к. такой зазор трудно реализовать из технологических соображений, то зазор выбираем 0.14 мм.
4.4 Выбор диаметра ротора
Диаметр ротора выбираем равным 1.5 мм.
4.5 Радиус выреза в статорных пластинах
Радиус выреза в статорных пластинах (r0) вычисляем по формуле
(4.3)
где r0С – радиус оси.
4.6 Выбор формы пластин ротора
Т.к. конденсатор подстроечный и закон изменения емкости – прямо емкостной, то форму следует выбрать полукруглую. Но у данного конденсатора угол поворота 900, поэтому форма роторных пластин – “баттерфляй”.
4.7 Радиус роторных пластин
Радиус роторных пластин (R) и длина секции (l) должны находиться в соотношении
(4.4)
Поэтому целесообразно рассчитывать радиус роторных пластин подбором. Выведем расчетную формулу. Емкость одной секции равна
(4.5)
где S – площадь пластины;
n – количество пластин, шт;
e0 – относительная диэлектрическая проницаемость (8.85*10-12);
d1, d2 – толщина воздушной и диэлектрической прослойки соответственно, мм;
e1, e2 – проницаемость воздушной и диэлектрической прослойки соответственно.
Площадь пластин вычисляется по формуле
(4.6)
В техническом задании стоит требование – уменьшение габаритных размеров. По этой причине следует использовать диэлектрическую прокладку между пластинами. Введение такой прокладки отражается на расчетах, учитывается проницаемость вводимого диэлектрика. Причем чем больше e диэлектрика, тем меньше габариты конденсатора. В качестве диэлектрика выбираем фторопласт-4.
Подставим в формулу 4.5 формулу 4.6 и выразим R
(4.7)
Подбирая количество пластин, получим результаты (таблица 4.1)
Таблица 4.1 – Результаты подбора количества пластин
| n |
15 |
17 |
19 |
| R |
9.35 |
8.77 |
8.3 |
| l |
5.71 |
6.49 |
7.23 |
Оптимальные размеры получаются при n=17.
Выбираем следующие параметры
Таблица 4.2 - Данные
| N |
17 |
| R |
8.77 |
| L |
6.49 |
5. Компоновка и её уточнение
Сборка ротора и статора производится при помощи шайб. Расположение статорного токосъема показано на рисунке
6. Паспорт на изделие
6.1 Название ЭРЭ
Название ЭРЭ: конденсатор подстроечный с симметричным ротором.
6.2 Назначение
Конденсатор подстроечный с симметричным ротором предназначен для подстройки частоты в УКВ контурах приёмной радиоаппаратуры.
6.3 Основные эксплуатационные показатели
- максимальная емкость Сmax= 50 пФ;
минимальная емкость Сmin= 3,5 пФ;
рабочее напряжение 12 В;
габаритные размеры **.
Список используемой литературы
1 Волгов В.А. В67 Детали и узлы радиоэлектронной аппаратуры. Изд. 2-е перераб. И доп. М., «Энергия», 2007. 656 с. с ил.
2 Дж. В.А. Дэммер и Г.М. Норденберг Конденсаторы постоянной и переменной емкости М.-Л., Госэнергоиздат, 2003, 315 стр. с рис. 621.319.4
3 Свитенко В.Н. С24 Электрорадиоэлементы Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов по спец. «Конструирование и производство РЭА». – М.: Высш. шк., 1987. \ 207 с.: ил.
4 Справочник техника-конструктора. Изд. 3-е, перераб. И доп. Самохвалов Я.А., Левицкий М.Я., Григораш В.Д. Киев, «Техніка», 1978. 592 с.