МИНИСТЕСТВО НАУКИ ИОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ
Харьковский национальныйуниверситет радиоэлектроники
Кафедра ПЭЭА
Работа
по дисциплине:
«Элементная базаэлектронных аппаратов»
на тему:
«Конденсатор подстроечныйс симметричным ротором»
Выполнил: Лысенко Т.Е.
Проверил: СвитенкоВ.Н.
Харьков 2008
Введение
Важной частьюрадиоэлектронной аппаратуры (РЭА) и бытовой в частности являютсяэлектрорадиоэлементы (ЭРЭ), которые лежат в их основе. По этой причиненеразрывно связаны: качество РЭА и радиоэлементов. Основным этапом, на которомзадаются параметры радиоэлементов, является этап проектирования. В ходепроектирования учитывается конструктивные и технологические факторы. Нужновыбрать правильный вариант конструкции, согласовав минимальные габаритныеразмеры и требуемые технические характеристики.
Задачейданного курсового проектирования является не только проектирование конкретногоЭРЭ, но и приобретение личного опыта разработки ЭРЭ. Курсовое проектированиедолжно научить студента самостоятельно работать, а также способствовать егосамовоспитанию, так как творческое отношение к труду – важнейшее качествоспециалиста любой профессии, а развитие творческих способностей является объективнойпотребностью, диктуемой развитием науки и техники.
1. Анализтехнического задания
1.1Назначение
Подстроечныеконденсаторы с симметричным ротором применяют при необходимости точнойнастройки системы пуш-пул или симметрично настроенных радиочастотных контуровочень малыми изменениями емкости. Эти конденсаторы конструируют таким образом,что при повороте ротора емкость каждой системы пластин увеличивается илиуменьшается в одинаковой степени.
1.2 Условияэксплуатации
Разрабатываемыйконденсатор относится к I климатической группе, используется встационарной приемной радиоаппаратуре. В I группу входятрадиодетали, которые подвергаются воздействию условий, не более суровых, чемобычные климатические условия. Для этой группы характерны изделия, используемыев портативном, ручном оборудовании средств связи, радиочастотные и другиекабели, измерительные приборы, телефонные шнуры, волноводы, штепсельные разъемы[2].
Таблица 1.1 –Климатические требованияВоздействующий 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 дваслучая применения подстроечных конденсаторов:
а) дляподстройки, при которой конденсатор устанавливают на заданную величину емкостии закрепляют в таком положении;
б) длянастройки, при которой необходимо периодическое изменение емкости.
1.3Требованияк габаритам
Обеспечитьминимальные габаритные размеры.
1.4 Параметры
1.4.1Максимальная емкость – 50 пФ
1.4.2Минимальнаяемкость – 3,5 пФ
1.4.3Рабочеенапряжение – 12 В
1.4.4Годововйвыпуск – 5000 шт.
2. Обзораналогичных конструкций
Одним изважнейших требований, предъявляемых к подстроечным конденсаторам, являетсяплавность установки ёмкости и надежность фиксации, т.е. сохранениеустановленной ёмкости во времени и при ударах, вибрациях и других механическихвоздействиях. Ниже приведены наиболее характерные конструкции подстроечныхконденсаторов.
Конденсатор, свращающимся ротором, состоит из керамического основания, на котором укрепленыстатор и в специальном подшипнике ротор. Радиус ротора примерно 10 мм, зазор0,2-0,25 мм. Подшипник и пружинный токосъём создают момент вращения до 500г*см, что обеспечивает необходимое самоторможение ротора; в некоторых случаяхконденсатор снабжают стопорным устройством.
Достоинствомтаких конденсаторов являются хорошие электрические характеристики, анедостатком – сложность изготовления, поэтому в основном их применяют вспециальной РЭА.
Рядконструкций конденсаторов такого типа нормализован. Наиболее употребительнымиявляются конденсаторы типа КПВ и малогабаритные КПМ и КПВМ. Они выпускаются в несколькихконструктивных вариантах: обычного типа, с разделенным статором («бабочка»)-для использования в двухтактных схемах и дифференциальные.
Цилиндрическиеподстроечные конденсаторы имеют несколько конструктивных вариантов.Конденсаторы небольшой емкости (до 10-20 пФ) состоят из трубчатого статора исплошного цилиндрического ротора, осевое перемещение которого осуществляетсяпри помощи винта с большим шагом нареки. Конденсаторы большей ёмкостивыполняются с твёрдым диэлектриком или имеют ротор и статор в виде несколькихкоаксиальных цилиндров.
Основнымнедостатком таких конденсаторов является пониженная влагостойкость,обусловленная трудностью удаления влажного воздуха из внутренней полостиконденсатора. Конденсаторы небольшой емкости этого типа особенно частоиспользуются в УКВ диапазоне РЭА.
Шайбовыекерамические подстроечные конденсаторы типа КПК являются конденсаторами общегоприменения, так как они относительно дешевы, имеют удовлетворительныеэлектрические характеристики и небольшие размеры. Конденсаторы состоят изкерамического основания — статора на котором укреплен вращающийся керамическийдиск – ротор. Обкладками служат слои серебра на статоре и роторе нанесенныеметодом вжигания. Промышленность выпускает несколько типов таких конденсаторовнаибольшее применение из которых находит КПК-1. малогабаритный вариант такогоконденсатора КПК-МП предназначен для использования в печатных схемах а КПК-МН –для навесного монтажа. ТКЕ таких конденсаторов –(200-800)*10-6 1/0С.
Пружинныйподстроечный конденсатор состоит из двух металлических обкладок, укрепленныходна над другой на изоляционном основании. Верхняя пластина делается изпружинного материала и при помощи винта может приближаться или отдалятся отнижней пластины, изменяя тем самым емкость конденсатора. Во избежание короткогозамыкания к нижней обкладке приклеивается тонкая изоляционная прокладка изслюды или полистирола. Такие конденсаторы достаточно просты в производстве, ноотличаются большой нестабильностью, а поэтому применяются лишь в простейшейРЭА.
В простейшейРЭА находит широкое применение также очень дешевый проволочный подстроечныйконденсатор, состоящий из куска изолированной проволоки длиной 2-3 см,диаметром 2*1,5 мм, на которой плотно намотана изолированная (ПЭВ) проволокадиаметром 0,2-0,3 мм. Подгонка необходимой емкости производится откусываниемчасти намотки.
3. Выборнаправления проектирования и основных конструкторских решений
Т.к.конденсатор подстроечный, то выбираем прямоемкостную зависимость измененияемкости от угла поворота пластин. Конденсатор рассчитан на однократнуюнастройку, петому в качестве подшипника выбираем подшипник трения. В качестветокосъема применяется токосъем со скользящим контактом. В таких токосъемахпереходное сопротивление скользящего контакта должно быть по возможности мало(меньше 0,01 Ом) и не изменяться в процессе эксплуатации и во времени. Сборкароторных и статорных пластин осуществляется при помощи шайб. Крепление к местуустановки производится при помощи двух болтов М4. Роторные и статорные пластиныкрепятся на керамическом основании развальцовкой. Роторные и статорные пластины(толщиной 0,14 мм) изготовляются штамповкой из алюминия марки Амг5 (ГОСТ21488-76) [4] т.к. алюминий хорошо обрабатывается штамповкой, имеет невысокоеудельное 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, хорошаяпластичность, Значительное сопротивление усталости, высокая коррозионнаястойкость. Физические характеристики приведены в таблице 3.1. В качестведиэлектрика между роторными и статорными пластинами используется фторопласт-4толщиной 0,1 мм.
Таблица 3.1 — Физические характеристики бронзы марки БрБ2Физические 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 БрБ2имеет высокие упругие и механические свойства, хорошая пластичность,значительное сопротивление усталости, высокая корозионная стойкость.
4.Электрический и конструкторский расчеты
4.1Минимальная емкость
В расчетах неимеет смысла рассчитывать минимальную емкость конденсатора, т.к. она слишкоммала и на неё влияют многие факторы и расчетное значение отличается отполученного в процессе производства.
4.2Максимальная емкость
Вразрабатываемом конденсаторе имеются две секции одинаковой емкости. Выбираемпоследовательное их включение, в результате чего ёмкость каждой секции будетравна:
/> (4.1)
где Сс –емкость одной секции;
С – емкостьконденсатора.
/>
4.3 Зазормежду пластинами ротора и статора
Зазор d междупластинами ротора и статора рассчитывается по следующей формуле
/> (4.2)
где Um –амплитуда переменного напряжения на конденсаторе, В.
/>
Т.к. такойзазор трудно реализовать из технологических соображений, то зазор выбираем 0.14мм.
4.4 Выбордиаметра ротора
Диаметрротора выбираем равным 1.5 мм.
4.5 Радиусвыреза в статорных пластинах
Радиус вырезав статорных пластинах (r0) вычисляем по формуле
/> (4.3)
где r0С –радиус оси.
/>
4.6 Выборформы пластин ротора
Т.к.конденсатор подстроечный и закон изменения емкости – прямо емкостной, то формуследует выбрать полукруглую. Но у данного конденсатора угол поворота 900,поэтому форма роторных пластин – “баттерфляй”.
4.7 Радиусроторных пластин
Радиусроторных пластин (R) и длина секции (l) должны находиться в соотношении
/> (4.4)
Поэтомуцелесообразно рассчитывать радиус роторных пластин подбором. Выведем расчетнуюформулу. Емкость одной секции равна
/> (4.5)
где S –площадь пластины;
n –количество пластин, шт;
e0– относительная диэлектрическая проницаемость (8.85*10-12);
d1, d2 – толщинавоздушной и диэлектрической прослойки соответственно, мм;
e1,e2– проницаемость воздушной и диэлектрической прослойки соответственно.
Площадьпластин вычисляется по формуле
/> (4.6)
В техническомзадании стоит требование – уменьшение габаритных размеров. По этой причинеследует использовать диэлектрическую прокладку между пластинами. Введение такойпрокладки отражается на расчетах, учитывается проницаемость вводимогодиэлектрика. Причем чем больше e диэлектрика, тем меньше габариты конденсатора. Вкачестве диэлектрика выбираем фторопласт-4.
Подставим вформулу 4.5 формулу 4.6 и выразим R
/>
/> (4.7)
/>
/>
Подбираяколичество пластин, получим результаты (таблица 4.1)
Таблица 4.1 –Результаты подбора количества пластинn 15 17 19 R 9.35 8.77 8.3 l 5.71 6.49 7.23
Оптимальныеразмеры получаются при n=17.
Выбираемследующие параметры
Таблица 4.2 — ДанныеN 17 R 8.77 L 6.49
5. Компоновкаи её уточнение
Сборка ротораи статора производится при помощи шайб. Расположение статорного токосъемапоказано на рисунке
6. Паспорт наизделие
6.1 НазваниеЭРЭ
Название ЭРЭ:конденсатор подстроечный с симметричным ротором.
6.2 Назначение
Конденсаторподстроечный с симметричным ротором предназначен для подстройки частоты в УКВконтурах приёмной радиоаппаратуры.
6.3 Основныеэксплуатационные показатели
— максимальнаяемкость Сmax= 50 пФ;
минимальнаяемкость Сmin= 3,5 пФ;
рабочеенапряжение 12 В;
габаритныеразмеры *´*´.
Списокиспользуемой литературы
1 Волгов В.А. В67 Деталии 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. С24Электрорадиоэлементы Курсовое проектирование: Учеб. Пособие для вузов по спец.«Конструирование и производство РЭА». – М.: Высш. шк., 1987. \ 207 с.: ил.
4 Справочниктехника-конструктора. Изд. 3-е, перераб. И доп. Самохвалов Я.А., Левицкий М.Я.,Григораш В.Д. Киев, «Техніка», 1978. 592 с.