Высокочастотные и низкочастотные конденсаторы постоянной ёмкости. Полупеременные конденсаторы медицинской электроники (стр. 1 из 2)
Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
“Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники”
кафедра ЭВС
РЕФЕРАТ
На тему:
«Высокочастотные и низкочастотные конденсаторы
постоянной ёмкости. Полупеременные конденсаторы медицинской электроники »
МИНСК, 2008
Высокочастотные конденсаторы (керамические, слюдяные, стеклоэмалевые, стеклокерамические и стеклянные) имеют малую паразитную индуктивность и незначительные потери в диэлектрике, обладают высокими стабильностью (10 1/°С) и точностью (до ±2%), достаточной температуростойкостью, малыми габаритами и массой.
Высокочастотные конденсаторы применяют в схемах генераторов и усилителей сверхвысокой, высокой и промежуточной частот. Наиболее точные и стабильные высокочастотные конденсаторы используют как контурные, а остальные – в качестве разделительных, фильтровых и термокомпенсирующих в высокочастотных цепях. Номинальная ёмкость некоторых из них может быть до 1мкФ, поэтому их используют как разделительные и даже фильтровые по высокой и низкой частоте (например, КМ, КЛГ, КЛС).
Рис. 1. Высокочастотные конденсаторы
а – КЛГ, б – КМ-6, в – КД-2Е, г –
е – К10-17 (варианты «а» и «в»), ж – К10-60, з – К15-5, и – КСОТ, к – К22-4
Керамические литые герметизированные и секционированные конденсаторы КЛГ и КЛС имеют значительную ёмкость и сравнительно малые габариты 4´5´(4¸10) мм. Конденсаторы, изготовляемые из термостабильной керамики, имеют, как правило, малую емкость и жесткие допуски ( ±2%; ±5%), а из сегнетокерамики – менее стабильны и точны (от –20 до +80%), но обладают наибольшей емкостью.
Керамические малогабаритные пакетные конденсаторы КМ-6 (монолитные) обладают повышенной удельной емкостью вследствие малой толщины пластинок (0,2 мм), спрессованных в пакет, или применения керамики, обладающей высокой диэлектрической постоянной (тиконд-150, сегнетокерамика).
Дисковые керамические конденсаторы КДУ и КДО используются в качестве контурных, разделительных и фильтровых (опорных) в высокочастотных цепях аппаратуры. Конденсаторы КДУ, имеющие короткие утолщенные ленточные выводы, припаянные параллельно или перпендикулярно обкладкам диска (диаметром 8,5 – 16,5 мм и толщиной 2 – 5 мм), обладают малой собственной индуктивностью и могут применяться на частоте до 500 МГц. Конденсаторы КДО (фильтровые) имеют металлический фланец с резьбовой втулкой, на котором закреплен диск диэлектрика. Плюсовой вывод выполнен в виде ленточного лепестка, а минусовой – в виде резьбовой втулки, с помощью которой конденсатор ввинчивают в металлическое основание. Конденсаторы КД-2Е (дисковые повышенной надежности) используются как контурные и имеют диаметр 6 –10 мм при толщине 7 мм.
Керамические трубчатые конденсаторы КТ, КТ-1Е и КТ-2Е, обладающие высокой точностью, стабильностью и надежностью, чаще используются как контурные, имеют размеры (3,5¸7)´(10¸50) мм и радиальные гибкие проволочные выводы. Конденсаторы КТ-1Е и КТ-2Е (повышенной надежности) похожи по конструкции на резисторы ОМЛТ (на трубки надеты колпачки с проволочными аксиальными выводами).
Керамические трубчатые проходные КТП и опорные КО конденсаторы, используемые в качестве фильтровых при напряжении до 750 В, ввинчиваются в шасси аппаратуры металлическими резьбовыми фланцами.
Керамические высоковольтные импульсные конденсаторы КВИ, используемые в цепях напряжением от 5 до 15 кВ, при обычной цилиндрической форме имеют гибкие проволочные аксиальные выводы, а выполненные в виде укороченного плоского цилиндра – резьбовые втулки, прессованные в торцы. Эти конденсаторы применяют в высоковольтных выпрямителях телевизионных приемников.
Керамические миниатюрные конденсаторы К10 предназначены в качестве компонентов микросхем и микросборок.
Конденсаторы К10-17 превосходят по удельной емкости в 2-3 раза конденсаторы КМ-6 К10-9 и выпускаются трех исполнений: в опрессованных и компаундированных оболочках с гибкими проволочными выводами (для РЭА, работающей в тропических условиях) и с металлизированными выводами –площадками (для микросхем). Размеры конденсаторов первых двух исполнений от 6,6´4,5´5,5 до 8,2´6,6´5,5 мм, а третьего – от 1,7´1,2´1 до 5,9´4,3´1,8 мм.
Конденсаторы К10-22 имеют диаметр от 1,7 до 6,7 мм и толщину не боле 0,3 мм.
Конденсаторы К10-23 по конструкции аналогичны первому варианту исполнения конденсаторов К10-17, имеют размеры 9´4,5´6,5 мм и применяются в условиях тропического климата.
Конденсаторы К10-27, изготовленные в виде монолитной керамической пластины прямоугольной формы с размерами сторон (4¸8) ´(4¸6,5) мм при толщине 1 – 1,2 мм. Так как эти конденсаторы выполнены из двух, трех или пяти секций, они соответственно имеют по три, четыре и шесть выводов.
Конденсаторы К10-42 (незащищенные для СВЧ техники), предназначенные для работы на частоте до 2 ГГц, имеют торцевые луженые или серебреные контакты; их размеры 1,5´(1,3¸1,4)´(1¸1,2) мм.
Конденсаторы К10-50 выпускаются в двух вариантах – «а» и «б». Для варианта «а» длина составляет от 6,8 до 8,4 мм, высота 5,6 мм; ширина от 4,6 до 6,7 мм при массе от 0,5 до 0,8 г. Для варианта «б» длина составляет от 1,5 до 5,5 мм, высота от 1,2 до 4,4 мм при массе от 0,1 до 0,6 г.
Слюдяные опрессованные конденсаторы КСОТ и К31У-3Е нескольких типоразмеров отличаются габаритами, массой, выводами (проволочные, ленточные, резьбовые) и используются как контурные и разделительные в высокочастотных цепях. Эти конденсаторы имеют четыре группы стабильности, обозначаемые на корпусе буквами А, Б, В, и Г. наиболее стабильны конденсаторы группы Г (с металлизированными обкладками), поскольку их ТКЕ определяют в основном КТР диэлектрика (слюда), а не фольги, который значительно больше. Конденсаторы пропитываю церезином и опрессовывают термоактивной пластмассой.
Стеклянные конденсаторы К21-7 предназначены для работы в высокочастотных, а также импульсных устройствах, выпускаются тропического исполнения прямоугольной формы с размерами (7,5¸11)´(3¸3,5)´(9,5¸11,5) мм и предназначены для установки на печатные платы.
Стеклокерамические конденсаторы К22-4 применяют в герметизированных микросхемах вместо конденсаторов К10-9 и К10-17, стоимость которых выше. Размеры этих конденсаторов (2,7¸6,1)´(2,8¸6,8)´2,1 мм.
Низкочастотные конденсаторы постоянной емкости
В цепях постоянного, пульсирующего и переменного токов низкой частоты в качестве фильтровых, блокировочных и разделительных применяют конденсаторы большой номинальной емкости. Такими конденсаторами являются бумажные, металлобумажные, пленочные и в большей части электролитические, а также оксидно-полупроводниковые.
Бумажные, металлобумажные и пленочные конденсаторы чаще всего применяют как разделительные и блокировочные, пленочные малой емкости – как контурные, а бумажные большой емкости – как фильтровые низкой частоты.
Основные конструкции бумажных, металлобумажных и пленочных конденсаторов приведены на рис. 2, а – е.
Бумажные конденсаторы обладают повышенной удельной емкостью вследствие малой толщины диэлектрика (до 5 мкм), достаточно температуростойки и дешевы в изготовлении.
Металлобумажные конденсаторы имеют еще более высокую удельную емкость, поскольку их изготавливают из металлизированной бумаги с весьма тонким (до 1 мкм) слоем металлизации. После пробоя благодаря выгоранию слоя металлизации вокруг канала пробоя (обуглившегося столбика бумаги) они самовосстанавливаются, т.е. исчезает короткое замыкание обкладок.
Основными недостатками бумажных и металлобумажных конденсаторов являются большие потери и невысокая стабильность. Кроме того, практически все эти конденсаторы требую пропитки и герметизации корпуса. Электрическая прочность металлобумажных конденсаторов в процессе старения снижается и, кроме того, они имеют низкое сопротивление изоляции (за счет миграции ионов слоя металлизации в бумагу), что необходимо учитывать при расчете разделительных цепей каскадов усилителей.
Рис. 2. Бумажные, металлобумажные и пленочные конденсаторы:
а – К42П-5, б – К71-5, в – К71-7, г – К73-16, д – К75-24, е – К77-2б
Конденсаторы К40У-9 (в герметизированном металлическом корпусе) цилиндрической формы, с аксиальными выводами используются как блокировочные и разделительные. Предшественниками их являлись конденсаторы К40П-2 (малогабаритные в пластмассовой опрессовке), которые и сейчас могут применяться в РЭА широкого назначения.
Конденсаторы К42П-5 (цилиндрические с герметичными торцами) предназначены для малогабаритной аппаратуры, эксплуатируемой в сравнительно легких условиях.
При крайних значениях температур отклонение емкости бумажных и металлобумажных конденсаторов от номинальной не превышает ±15%.
В пленочных конденсаторах многих типов в качестве диэлектрика используются неполярные пленки из полистирола и фторопласта-4, а также полярные из лавсана (полиэтилентерефталата) и фторопласта-3. Толщина пленки обычно составляет 20-30 мкм, а лака – от 2 до 3 мкм. Обкладки этих конденсаторов выполняют из фольги или напыляют на диэлектрик.
Электролитические и оксидно-полупроводниковые конденсаторы обладают большими удельными емкостью и энергией. Недостатками этих конденсаторов являются нестабильность параметров, зависимость от низких температур, ограниченный диапазон частот (постоянный и пульсирующий низкочастотный токи), униполярность для некоторых типов (способность конденсатора работать только при приложении определенной фазы напряжения). Поэтому их применяют как фильтровые, реже – как блокировочные и в зависимости от материала диэлектрика подразделяют на электролитические алюминиевые, танталовые, ниобиевые и оксидно-полупроводниковые. В качестве электролитов в электролитических конденсаторах используют концентрированные растворы кислот и щелочей. В оксидно-полупроводниковых конденсаторах вместо электролита применяют твердый полупроводник – оксид марганца MnO2
mirznanii.com
Какие бывают конденсаторы? Типы конденсаторов, их характеристики
Высокий уровень прочности этого материала дает возможность использовать тонкие заготовки. В итоге емкость конденсатора, пропорциональная показателю объема, резко возрастает.Устройства КМ отличаются высокой стоимостью. Объясняется это тем, что при их изготовлении используются драгоценные металлы и их сплавы: Ag, Pl, Pd. Палладий присутствует во всех моделях.
Конденсаторы на основе керамики.
Дисковая модель обладает высоким уровнем емкости. Ее показатель колеблется от 1 pF до 220 nF, а самое высокое рабочее напряжение не должно быть выше 50 V.
К плюсам данного типа можно отнести:
— малые потери тока;
— небольшой размер;
— низкий показатель индукции;
— способность функционировать при высоких частотах;
— высокий уровень температурной стабильности емкости;
— возможность работы в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.
Основу многослойного устройства составляют чередующиеся тонкие слои из керамики и металла.
Этот вид похож на однослойный дисковый. Но такие устройства обладают высоким показателем емкости. Максимальное рабочее напряжение на корпусе этих приборов не указывается. Так же как и на однослойной модели, напряжение не должно быть выше 50 V.
Устройства функционируют в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.
Плюсом высоковольтных керамических конденсаторов является их способность функционировать под высоким уровнем напряжения. Диапазон рабочего напряжения колеблется от 50 до 15000 V, а показатель емкости может составлять от 68 до 150 pF.
Могут функционировать в цепях с постоянным, переменным и пульсирующим током.
Танталовые устройства.
Современные танталовые устройства являются самостоятельным подвидом электролитического вида из алюминия. Основу конденсаторов составляет пентаоксид тантала.
Конденсаторы обладают небольшим показателем напряжения и применяются в случае необходимости использования прибора с большим показателем емкости, но в корпусе малого размера. У данного типа есть свои особенности:
— небольшой размер;
— показатель максимального рабочего напряжения составляет до 100 V;
— повышенный уровень надежности при долгом употреблении;
— низкий показатель утечки тока; широкий спектр рабочих температур;
— показатель емкости может колебаться от 47 nF до 1000 uF;
— устройства обладают более низким уровнем индуктивности и применяются в высокочастотных конфигурациях.
Минус этого вида заключен в высокой чувствительности к повышению рабочего напряжения.
Следует отметить, что, в отличие от электролитического вида, линией на корпусе помечается плюсовой вывод.
Разновидности корпусов.
Какие разновидности имеют танталовые конденсаторы? Типы конденсаторов из тантала выделяются в зависимости от материала корпуса.
1. SMD-корпус. Для изготовления корпусных устройств, которые используются при поверхностном монтаже, катод соединяется с терминалом посредством эпоксидной смолы с содержанием серебряного наполнителя. Анод приваривается к электроду, а стрингер отрезается. После формирования устройства на него наносится печатная маркировка. Она содержит показатель номинальной емкости напряжения.
2. При формировании этого типа корпусного устройства анодный проводник должен быть приварен к самому выводу анода, а затем отрезается от стрингера. В этом случае терминал катода припаивается к основе конденсатора. Далее конденсатор заполняется эпоксидом и высушивается. Как и в первом случае, на него наносится маркировка.
Конденсаторы первого типа отличаются большей степенью надежности. Но все типы танталовых конденсаторов применятся:
— в машиностроении;
— компьютерах и вычислительной технике;
— оборудовании для телевизионного вещания;
— электрических приборах бытового назначения;
— разнообразных блоках питания для материнских плат, процессоров и т.д.
fishki.net
Виды конденсаторов и их применение
Конденсатор — это электрический (электронный) компонент, состоящий из двух проводников (обкладок), разделенных между собой слоем диэлектрика. Существует много видов конденсаторов. В основном они делятся по материалу из которого изготовлены обкладки и по типу используемого диэлектрика между ними.
Виды конденсаторов
Бумажные и металлобумажные конденсаторы
У бумажного конденсатора диэлектриком, разделяющим фольгированные обкладки, является специальная конденсаторная бумага. В электронике бумажные конденсаторы могут применяться как в цепях низкой частоты, так и в высокочастотных цепях.
Хорошим качеством электрической изоляции и повышенной удельной емкостью обладают герметичные металлобумажные конденсаторы, у которых вместо фольги (как в бумажных конденсаторах) используется вакуумное напыление металла на бумажный диэлектрик.
Бумажный конденсатор не имеет большую механическую прочность, поэтому его начинку помещают в металлический корпус, служащий механической основой его конструкции.
Электролитические конденсаторы
В электролитических конденсаторах, в отличии от бумажных, диэлектриком является тонкий слой оксида металла, образованный электрохимическим способом на положительной обложке из того же металла.
Вторую обложку представляет собой жидкий или сухой электролит. Материалом, создающим металлический электрод в электролитическом конденсаторе, может быть, в частности, алюминий и тантал. Традиционно, на техническом жаргоне «электролитом» называют алюминиевые конденсаторы с жидким электролитом.
Но, на самом деле, к электролитическим также относятся и танталовые конденсаторы с твердым электролитом (реже встречаются с жидким электролитом). Почти все электролитические конденсаторы поляризованы, и поэтому они могут работать только в цепях с постоянным напряжением с соблюдением полярности.
В случае инверсии полярности, может произойти необратимая химическая реакция внутри конденсатора, ведущая к разрушению конденсатора, вплоть до его взрыва по причине выделяемого внутри него газа.
К электролитическим конденсаторам так же относится, так называемые, суперконденсаторы (ионисторы) обладающие электроемкостью, доходящей порой до нескольких тысяч Фарад.
Алюминиевые электролитические конденсаторы
В качестве положительного электрода используется алюминий. Диэлектрик представляет собой тонкий слой триоксида алюминия (Al2O3),
Свойства:
- работают корректно только на малых частотах;
- имеют большую емкость.
Характеризуются высоким соотношением емкости к размеру: электролитические конденсаторы обычно имеют большие размеры, но конденсаторы другого типа, одинаковой емкости и напряжением пробоя были бы гораздо больше по размеру.
Характеризуются высокими токами утечки, имеют умеренно низкое сопротивление и индуктивность.
Танталовые электролитические конденсаторы
Это вид электролитического конденсатора, в которых металлический электрод выполнен из тантала, а диэлектрический слой образован из пентаоксида тантала (Ta2O5).
Свойства:
- высокая устойчивость к внешнему воздействию;
- компактный размер: для небольших (от нескольких сотен микрофарад), размер сопоставим или меньше, чем у алюминиевых конденсаторов с таким же максимальным напряжением пробоя;
- меньший ток утечки по сравнению с алюминиевыми конденсаторами.
Полимерные конденсаторы
В отличие от обычных электролитических конденсаторов, современные твердотельные конденсаторы вместо оксидной пленки, используемой в качестве разделителя обкладок, имеют диэлектрик из полимера. Такой вид конденсатора не подвержен раздуванию и утечке заряда.
Физические свойства полимера способствуют тому, что такие конденсаторы отличаются большим импульсным током, низким эквивалентным сопротивлением и стабильным температурным коэффициентом даже при низких температурах.
Полимерные конденсаторы могут заменять электролитические или танталовые конденсаторы во многих схемах, например, в фильтрах для импульсных блоков питания, или в преобразователях DC-DC.
Пленочные конденсаторы
В данном виде конденсатора диэлектриком является пленка из пластика, например, полиэстер (KT, MKT, MFT), полипропилен (KP, MKP, MFP) или поликарбонат (KC, MKC).
Электроды могут быть напыленными на эту пленку (MKT, MKP, MKC) или изготовлены в виде отдельной металлической фольги, сматывающейся в рулон или спрессованной вместе с пленкой диэлектрика (KT, KP, KC). Современным материалом для пленки конденсаторов является полифениленсульфид (PPS).
Общие свойства пленочных конденсаторов (для всех видов диэлектриков):
- работают исправно при большом токе;
- имеют высокую прочность на растяжение;
- имеют относительно небольшую емкость;
- минимальный ток утечки;
- используется в резонансных цепях и в RC-снабберах.
Отдельные виды пленки отличаются:
- температурными свойствами (в том числе со знаком температурного коэффициента емкости, который является отрицательным для полипропилена и полистирола, и положительным для полиэстера и поликарбоната)
- максимальной рабочей температурой (от 125 °C, для полиэстера и поликарбоната, до 100 °C для полипропилена и 70 °С для полистирола)
- устойчивостью к электрическому пробою, и следовательно максимальным напряжением, которое можно приложить к определенной толщине пленки без пробоя.
Конденсаторы керамические
Этот вид конденсаторов изготавливают в виде одной пластины или пачки пластин из специального керамического материала. Металлические электроды напыляют на пластины и соединяют с выводами конденсатора. Используемые керамические материалы могут иметь очень разные свойства.
Разнообразие включает в себя, прежде всего, широкий диапазон значений относительной электрической проницаемости (до десятков тысяч) и такая величина имеется только у керамических материалов.
Столь высокое значение проницаемости позволяет производить керамические конденсаторы (многослойные) небольших размеров, емкость которых может конкурировать с емкостью электролитических конденсаторов, и при этом работающих с любой поляризацией и характеризующихся меньшими утечками.
Керамические материалы характеризуются сложной и нелинейной зависимостью параметров от температуры, частоты, напряжения. В виду малого размера корпуса — данный вид конденсаторов имеет особую маркировку.
Конденсаторы с воздушным диэлектриком
Здесь диэлектриком является воздух. Такие конденсаторы отлично работают на высоких частотах, и часто выполняются как конденсаторы переменной емкости (для настройки).
www.joyta.ru
Конденсаторы постоянной ёмкости | Электрикам
Это вторая часть статьи конденсаторы настоятельно рекомендую ознакомится с первой частью.
Конденсаторы постоянной ёмкости
Конструкция, параметры и назначение конденсаторов зависит от рабочего диапазон частот.
Низкочастотные конденсаторы постоянной ёмкости используют в цепях постоянного, переменного и пульсирующего токов низкой частоты в качестве разделительных, блокировочных, фильтровых. К низкочастотным конденсатором относятся бумажные, металлобумажные, плёночные некоторые керамические.
Бумажные и металлобумажные конденсаторы обладают рядом недостатков:
- низкое сопротивление изоляции
- большие потери энергии
- невысокая стабильность параметров
- в процессе старения уменьшается электрическая прочность.
Поэтому плёночные и керамические низкочастотные конденсаторы выгодней выделяются на их фоне так как они лишены недостатков присущих бумажным и металлобумажным конденсаторам.
Высокочастотные конденсаторы характеризуются незначительными потерями в диэлектрике, высокой стабильностью и точностью параметров, достаточной температуростойкостью, малыми габаритами и массой. Высокочастотные конденсаторы применяются в схемах генераторов и усилителей радиочастот. Наиболее точные и стабильные конденсаторы используют как контурные, а остальные — в качестве разделительных, фильтровых и термокомпенсирующих в высокочастотных цепях.
К высокочастотным конденсаторам относятся:
- керамические
- стеклоэмалевые
- стеклянные
- слюдяные
- стеклокерамические
electrikam.com
виды, классификация и особенности звучания
Конденсаторы (Capacitors, CAP) являются важными компонентами в аудиосистемах. Они имеют различные показатели напряжения, тока и форм-факторов. Для того чтобы выбрать, какие конденсаторы лучше для звука, модераторам нужно разбираться во всех параметрах CAP. Целостность аудиосигнала во многом зависит от выбора конденсаторов. Поэтому при выборе правильного устройства необходимо учитывать все важные факторы.
Параметры CAP аудиосигнала специально оптимизированы для высокопроизводительных приложений и предлагают более эффективные аудиоканалы, чем стандартные компоненты. Типы конденсаторов, которые обычно используются в аудиоканалах, представляют собой алюминиевые электролитические и пленочные CAP, а какие конденсаторы лучше для звука в конкретных условиях, зависит от используемых схем и устройств: громкоговорителей, проигрывателей компакт-дисков и музыкальных инструментов, бас-гитар и других.
История звукового конденсатора
Конденсатор является одним из старейших электронных компонентов. Электрические проводники были обнаружены в 1729 году. В 1745 году немецкий изобретатель Эвальд Георг фон Клейст обнаружил лейденский сосуд, который стал первым CAP. Физик Питер ван Мюссенбрук — физик из Лейденского университета открыл лейденскую банку самостоятельно в 1746 году.
В настоящее время лейденская банка представляет собой стеклянный сосуд, покрытый металлической фольгой внутри и снаружи. CAP служит средством хранения электричества, а какие конденсаторы лучше для звука будет зависеть от емкости, ведь чем больше этот показатель, тем больше электроэнергии он будет хранить. Емкость зависит от размера противоположных пластин, расстояния между пластинами и характера изолятора между ними.
Конденсаторы, используемые в усилителях звука, бывают нескольких типов, например, обычный CAP с металлической фольгой для обеих пластин и пропитанной бумагой между ними. Конденсаторы с металлизированной бумагой (MP), также называемые бумажно-масляными CAP и металлизированные бумажные однослойные конденсаторы (МБГО) для звука, которые используются в цепях переменного, постоянного и импульсного тока.
Позже майлар (полиэстер) и другие синтетические изоляторы стали более распространенными. В шестидесятые годы прошлого века металлический CAP с майларом стал очень популярным. Две сильные стороны этих устройств — меньший размер и тот факт, что они являются самовосстанавливающимися. Сегодня это лучшие конденсаторы для звука, они используются практически в каждом электронном устройстве. Из-за огромных объемов торговли и производства таких типов конденсаторов они довольно дешевы.
Другой тип CAP — электролитический со специальной конструкцией с преимущественно высокими и очень высокими значениями в диапазоне от 1 мкФ до нескольких десятков тысяч мкФ. Они в основном используются для развязки или фильтрации в блоке питания. Наиболее распространенными в конструкции усилителей являются металлизированные майларовые или полиэфирные конденсаторы (МКТ). В усилителях более высокого качества в основном используется металлизированный полипропилен (МКП).
Технология изготовления компонентов
Технология CAP во многом определяет характеристики устройств, а какие конденсаторы лучше для звука зависит от класса оборудования. Высококлассные изделия имеют жесткие допуски и стоят дороже, чем конденсаторы широкого применения. Кроме того, такие высококачественные CAP могут быть многоразовыми. Высококачественные аудиосистемы требуют высококачественных CAP для обеспечения высшего класса качества звука.
Производительность или то, как влияют конденсаторы на звук, во многом зависит от того, как они припаиваются к печатной плате. Пайка вызывает напряжение в пассивных компонентах, что может привести к появлению пьезоэлектрических напряжений и растрескиванию поверхностно установленных CAP. При пайке конденсаторов необходимо использовать правильный порядок пайки и следовать рекомендациям профиля.
Все лавсановые конденсаторы для звука неполяризованные, то есть им не нужно маркировать вывод как положительный, так и отрицательный. Их соединение в цепи не имеет значения. Они предпочтительны в высококачественных звуковых цепях из-за низких потерь и уменьшенных искажений, если при этом позволяет размер изделия.
MKC металлизированный поликарбонатный тип уже практически не используется. Известно, что типы ERO MKC все еще широко применяются, потому что имеют сбалансированный музыкальный звук с очень небольшой окраской. Типы MKP имеют более яркий звук, а также отличаются большим диапазоном звучания.
Малоизвестный тип конденсатора MKV — это металлизированный полипропиленовый CAP в масле. Это лучший конденсатор для звука, поскольку обладает более мощными характеристиками, чем металлизированная бумага в масле.
Качество пассивных элементов
Конденсаторы, особенно когда они находятся на выходной сигнальной линии, сильно влияют на качество звука аудиосистемы.
Есть несколько факторов, которые определяют качество CAP, несомненно, очень важные для аудио:
- Толерантность и фактическая емкость, необходимые для использования в фильтрах.
- Зависимость емкости от частоты, так 1 микрофарад на 1 000 Гц не означает 1 микрофарад при 20 кГц.
- Внутреннее сопротивление (ESR).
- Ток утечки.
- Старение — фактор, который со временем будет развиваться для любого продукта.
Лучший выбор приложений конденсатора зависит от применения в цепи и необходимой емкости:
- Диапазон от 1 пФ до 1 нФ — схемы управления и обратной связи. Этот диапазон в основном используется для устранения высокочастотного шума на аудиоканале или для целей обратной связи, таких как мост усилителя Quad 606. Конденсатор СГМ в звуке является лучшим выбором в этом диапазоне. Он имеет очень хорошую толерантность (до 1 %) и очень низкие искажения и шум, но довольно дорогой. МКС или МКП — это хорошая альтернатива. На сигнальной линии следует избегать керамических CAP, поскольку они могут вызвать дополнительные нелинейные искажения до 1 %.
- От 1 нФ до 1 мкФ — сцепление, развязка и подавления колебаний. Они чаще всего используются в аудиосистемах, а также между этапами, когда существует разница в уровне постоянного тока, устранение вибраций и в схемах обратной связи. Как правило, пленочные конденсаторы будут использоваться в этом диапазоне до 4,7 микрофарад. Лучшим выбором конденсатора для звука и аудио является полистирол (МКС), полипропилен (МКП). Полиэтилен (МКТ) является альтернативой с более низкой ценой.
- 1 Ф и выше — источники питания, выходные конденсаторы, фильтры, изоляция. Преимущество очень высокая емкость (до 1 Farad). Но есть несколько недостатков. Электролитические CAP подлежат старению и сушке. Через 10 или более лет масло высыхает, а важные факторы, такие как СОЭ, меняются. Они поляризованы и должны быть заменены каждые 10 лет, иначе негативно повлияют на звук. При проектировании соединительного контура электролитов на сигнальной линии часто можно избежать проблем путем пересчета константы времени (RxC) для низкой емкости ниже 1 микрофарада. Это поможет определить, какие электролитические конденсаторы лучше для звука. Если это невозможно, важно, чтобы электролит имел менее 1 В постоянного тока и использовался CAP высокого качества (BHC Aerovox, Nichicon, Epcos, Panasonic).
Выбрав лучшее решение для каждой программы, разработчик может достичь наилучшего качества звука. Инвестирование в высококачественные CAP оказывает положительное влияние на качество звука, больше чем в любой другой компонент.
Тестирование CAP-элементов для приложений
Существует общее понимание о том, что различные CAP могут изменять качество звука в аудиоприкладных программах в различных условиях. Какие конденсаторы установить, в каких схемах и в каких условиях — остаются самыми обсуждаемыми темами у специалистов. Именно поэтому лучше не изобретать велосипед в этой сложной теме, а использовать результаты проверенных испытаний. Некоторые звуковые схемы, как правило, очень большие, а загрязнение в звуковой окружающей среде, например, в таких как заземления и шасси, может быть большой проблемой для качества. Рекомендуется добавлять нелинейность и природные искажения к тесту, проверяя остатки моста с нуля.
Диэлектрический | Полистирол | Полистирол | Полипропилен | Полиэстер | Silver-слюда | Керамический | Polycarb |
Температура | 72 | 72 | 72 | 72 | 72 | 73 | 72 |
Уровень напряжения | 160 | 63 | 50 | 600 | 500 | 50 | 50 |
Толерантность % | 2.5 | 1 | 2 | 10 | 1 | 10 | 10 |
Ошибка % | 2,18% | 0,28% | 0,73% | -7,06% | 0,01% | -0,09% | -1,72% |
Рассеивание | 0.000053 | 0.000028 | 0.000122 | 0.004739 | 0.000168 | 0.000108 | 0.000705 |
Абсорбция | 0,02% | 0,02% | 0,04% | 0,23% | 0,82% | 0,34% | н / |
DCR, 100 В | 3.00E + 13 | 2.00E + 15 | 3.50E + 14 | 9.50E + 10 | 2.00E + 12 | 3.00E + 12 | н / |
Фаза, 2 МГц | -84 | -84 | -86 | -84 | -86 | -84 | н / |
R, 2 МГц | 6 | 7,8 | 9,2 | 8,5 | 7,6 | 7,6 | н / |
Собственное разрешение, МГц | 7 | 7,7 | 9,7 | 7,5 | 8,4 | 9,2 | н / |
Мост | низкий | низкий | очень низкий | высоко | низкий | низкий | высоко |
Характеристики моделей
В идеальном случае разработчик ожидает, что конденсатор будет точно соответствовать его проектному значению, в то время как большинство других параметров будут нулевыми или бесконечными. Основные измерения емкости здесь не так заметны, поскольку детали обычно соответствуют допускам. Все пленочные CAP имеют значительный температурный коэффициент. Поэтому, чтобы определить, какие пленочные конденсаторы лучше для звука, проводят тестирование лабораторными приборами.
Коэффициент диффузии полезен при оценке эффективности электролитического источника питания. Это влияние на звуковые характеристики сигнальных CAP не согласовано и может быть весьма незначительным. Число представляет внутренние потери и при желании может быть преобразовано в эффективное последовательное сопротивление (ESR).
ESR не является постоянной величиной, но имеет тенденцию быть настолько низким в высококачественных конденсаторах, что не оказывает большого влияния на производительность схемы. Если бы были построены резонансные схемы с высоким Q, то это была бы совершенно другая история. Однако низкий коэффициент рассеяния является отличительной чертой хороших диэлектриков, что может служить хорошей подсказкой в дальнейших исследованиях.
Диэлектрическое поглощение может быть более тревожным. Это было серьезной проблемой с ранними аналоговыми компьютерами. Высокого диэлектрическое поглощения можно избежать, так слюдяные конденсаторы для звука могут обеспечить сети RIAA очень хорошим звуком.
Измерения утечки постоянного тока не должны влиять на что-либо, так как сопротивление любого сигнального конденсатора должно быть очень высоким. При использовании материалов с более высокой диэлектрической проницаемостью требуется меньшая площадь поверхности, тогда утечка будет практически несущественной.
Для материалов с более низкой диэлектрической проницаемостью, таких как тефлон, несмотря на его основное высокое удельное сопротивление, может потребоваться большая площадь поверхности. Тогда утечка может быть вызвана малейшим загрязнением или примесями. Утечка постоянного тока, вероятно, является хорошим средством контроля качества, но она не связана с качеством звука.
Нежелательные паразитарные компоненты
Транзисторы, интегральные схемы и другие активные компоненты оказывают существенное влияние на качество аудиосигналов. Они используют питание от источников тока для изменения характеристик сигнала. В отличие от активных компонентов, идеальные пассивные не потребляют энергию и не должны изменять сигналы.
В электронных схемах резисторы, конденсаторы и индукторы фактически ведут себя, как активные компоненты и потребляют энергию. Из-за этих паразитных эффектов они могут значительно изменить звуковые сигналы, и для повышения качества требуется тщательный выбор компонентов. Постоянно растущий спрос на аудиооборудование с лучшим качеством звука заставляет производителей CAP выпускать устройства с лучшими характеристиками. В результате чего современные конденсаторы для использования в аудиоприложениях имеют лучшую производительность и более высокое качество звука.
Паразитные эффекты CAP в акустической цепи состоят из эквивалентного последовательного сопротивления (ESR), эквивалентной последовательной индуктивности (ESL), последовательных источников напряжения из-за эффекта Зеебека и диэлектрического поглощения (DA).
Типичное старение, изменения в рабочих условиях и специфические характеристики делают эти нежелательные паразитные компоненты более сложными. Каждый паразитарный компонент по-разному влияет на производительность электронной схемы. Начнем с того, что эффект сопротивления вызывает утечку постоянного тока. В усилителях и других схемах, содержащих активные компоненты, эта утечка может привести к значительному изменению напряжения смещения, которые могут влиять на различные параметры, включая коэффициент качества (Q).
Способность конденсатора обрабатывать пульсации и пропускать высокочастотные сигналы зависит от компонента ESR. Небольшое напряжение создается в точке, где два неоднородных металла связаны из-за явления, известного как эффект Зеебека. Небольшие батареи из-за этих паразитных термопар могут существенно повлиять на производительность схемы. Некоторые диэлектрические материалы являются пьезоэлектрическими, а шум, который они добавляют к конденсатору, проявляется из-за маленькой батареи внутри компонента. Кроме того, электролитические CAP имеют паразитные диоды, которые могут вызывать изменения в смещении или характеристиках сигнала.
Параметры, влияющие на путь прохождения сигнала
В электронных схемах пассивные компоненты используются для определения усиления, установления блокировки постоянного тока, подавления шума источника питания и обеспечения смещения. Недорогие компоненты с небольшими размерами обычно используются в портативных аудиосистемах.
Характеристики реальных полипропиленовых конденсаторов для звука отличаются от характеристик идеальных компонентов с точки зрения ESR, ESL, диэлектрического поглощения, тока утечки, пьезоэлектрических свойств, температурного коэффициента, допуска и коэффициента напряжения. Хотя важно учитывать эти параметры при разработке CAP для использования в тракте аудиосигнала, два из них, оказывающие наибольшее влияние на путь прохождения сигнала, называют коэффициентом напряжения и обратным пьезоэлектрическим эффектом.
Как конденсаторы, так и резисторы демонстрируют изменение физических характеристик при изменении приложенного напряжения. Это явление обычно называют коэффициентом напряжения, и оно варьируется в зависимости от химического состава, конструкции и типа CAP.
Обратный пьезоэффект влияет на номинальное электрическое значение конденсаторов для усилителя звука. В аудиоусилителях это изменение электрического значения компонента приводит к изменению усиления в зависимости от сигнала. Этот нелинейный эффект приводит к искажению звука. Обратный пьезоэлектрический эффект вызывает значительные искажения аудиосигнала на более низких частотах и является основным источником коэффициента напряжения в керамических CAP класса II.
Напряжение, приложенное к CAP, влияет на его производительность. В случае керамических CAP класса II, емкость компонента уменьшается, когда прикладывается возрастающее положительное постоянное напряжение. Если к нему подается высокое напряжение переменного тока, емкость компонента уменьшается аналогичным образом. Однако, когда прикладывается низкое переменное напряжение, емкость компонента имеет тенденцию к увеличению. Эти изменения в емкости могут значительно повлиять на качество аудиосигналов.
Общая характеристика гармонических искажений THD
THD конденсаторов для звука зависит от диэлектрического материала компонента. Некоторые из них могут давать впечатляющие характеристики THD, в то время как другие могут серьезно ухудшить его. Полиэфирные конденсаторы и алюминиевые электролитические конденсаторы относятся к числу CAP, которые дают самое низкое значение THD. В случае диэлектрических материалов класса II, X7R предлагает лучшие характеристики именно THD.
CAP для использования в аудиооборудовании обычно классифицируются в соответствии с применением, для которого они используются. Три приложения: путь прохождения сигнала, функциональные задачи и приложения поддержки напряжения. Обеспечение использования оптимальных конденсатор MKT для звука в этих трех областях помогает улучшить выходной тон и уменьшить искажения звука. Полипропиленовые имеют низкий коэффициент рассеяния и подходят для всех трех областей. Хотя все CAP, используемые в аудиосистеме, влияют на качество звука, компоненты, находящиеся на пути прохождения сигнала, оказывают наибольшее влияние.
Использование высококачественных конденсаторов класса аудио помогает значительно снизить ухудшение качества звука. Из-за их превосходной линейности пленочные конденсаторы обычно используются в аудиотракте. Эти неполярные конденсаторы для звука идеально подходят для аудиотехники премиум-класса. Диэлектрики, обычно применяемые в конструкциях пленочных конденсаторов с качеством звука для использования на пути прохождения сигнала, включают полиэфир, полипропилен, полистирол и полифениленсульфид.
CAP для использования в предварительных усилителях, цифро-аналоговых преобразователях, аналого-цифровых преобразователях и аналогичных приложениях совместно классифицируются как функциональные конденсаторы задания. Хотя эти неполярные конденсаторы для звука не находятся на пути прохождения сигнала, они тоже могут значительно ухудшить качество аудиосигнала.
Конденсаторы, которые используются для поддержания напряжения в аудиооборудовании, оказывают минимальное влияние на звуковой сигнал. Несмотря на это, требуется внимание при выборе CAP, которые поддерживают напряжение для оборудования высокого класса. Использование компонентов, оптимизированных для аудио приложений, помогает улучшить производительность звуковой схемы.
Полистирольный пластинчато-диэлектрический блок
Полистирольные конденсаторы изготавливаются путем намотки пластинчато-диэлектрического блока, подобного электролитическому, или путем укладки в последовательные слои, например, книгу (сложенная пленка-фольга). В основном они используются в качестве диэлектриков из различных пластиков, таких как полипропилен (MKP), полиэфир / майлар (MKT), полистирол, поликарбонат (MKC) или тефлон. Для пластин используют алюминий с высокой степенью чистоты.
В зависимости от типа используемого диэлектрика производятся конденсаторы разных размеров и емкости с рабочим напряжением. Высокая диэлектрическая прочность полиэфира позволяет изготавливать лучшие электролитические конденсаторы для звука небольшого размера и при относительно низких затратах для повседневного использования, когда особые качества не требуются. Возможны емкости от 1 000 пФ до 4,7 микрофарад при рабочих напряжениях до 1 000 В.
Коэффициент диэлектрических потерь в полиэфире относительно высок. Для аудио полипропилен или полистирол могут значительно снизить диэлектрические потери, но здесь следует отметить, что они намного дороже. Полистирольные используются в фильтрах / кроссоверах. Одним недостатком полистирольных конденсаторов является низкая температура плавления диэлектрика. Вот почему полипропиленовые конденсаторы для звука обычно отличаются друг от друга, так как диэлектрик защищен путем отделения паяных выводов от корпуса конденсатора.
Технология FIM с высокой плотностью энергии
Пленочные CAP большой мощности предлагают три категории этого типа: TRAFIM (стандартная и специальная), FILFIM и PPX. Технология FIM основана на концепции контролируемых самовосстанавливающихся свойств сегментированных пленок металлизации алюминия.
Емкость разделена на несколько миллионов элементарных элементов, объединенных и защищенных плавкими предохранителями. Слабые диэлектрические элементы изолированы, а перед перфорацией предохранителей изолируют поврежденные элементы, с которыми конденсатор продолжает работать в обычном режиме без короткого замыкания или взрыва, как это может быть в случае электролитических конденсаторов для звука.
При благоприятных условиях не следует ожидать, что ожидаемый срок службы CAP этого типа превысит 200 000 часов, а MTBF — 10 000 000 часов. Работая как батарея, эти конденсаторы потребляют небольшую часть емкости из-за постепенного разрушения отдельных элементов в течение срока службы компонента.
Серии TRAFIM и FILFIM предлагают непрерывную фильтрацию для высоких напряжений / мощностей (до 1 кВ). Емкость варьируется:
- от 610 мкФ до 15 625 мкФ для стандартного TRAFIM;
- от 145 мкФ до 15 460 мкФ для специального TRAFIM;
- от 8,2 мкФ до 475 мкФ для FILFIM.
Диапазон постоянного напряжения составляет:
- от 1,4 кВ до 4,2 кВ для стандартного TRAFIM;
- от 1,3 кВ до 5,3 кВ для персонализированного TRAFIM;
- и от 5,9 кВ до 31,7 кВ для FILFIM.
Конденсаторы серии PPX предлагают полный спектр сетевых решений для защиты от помех в тиристорах GTO, а также для блокирующих CAP, предлагая емкость от 0,19 мкФ до 6,4 мкФ. Диапазон напряжения для PPX колеблется от 1 600 В до 7 500 В с очень низкой собственной индуктивностью.
Пленочные конденсаторы для звука, как правило, имеют отличные высокочастотные характеристики, но это часто компрометируется большими размерами и компенсируется большой длиной провода. Можно заметить, что у маленького радиального конденсатора Panasonic собственный резонанс намного выше (9,7 МГц), чем у Audience (4,5 МГц). Это не из-за установленной тефлоновой крышки, а из-за того, что она имеет длину в несколько дюймов и не может быть присоединена к корпусу. Если разработчику нужны высокочастотные характеристики для поддержания стабильности в широкополосных полупроводниках, уменьшают размер и длину провода до абсолютного минимума.
Производительность звуковых цепей сильно зависит от пассивных компонентов, таких как конденсаторы и резисторы. Фактические CAP содержат нежелательные паразитные компоненты, которые могут значительно искажать характеристики аудиосигналов. Конденсаторы, используемые в тракте сигнала, в значительной степени определяют качество аудиосигнала. В результате требуется тщательный выбор CAP, чтобы минимизировать ухудшение сигнала.
Конденсаторы класса аудио оптимизированы для удовлетворения потребностей современных высококачественных аудиосистем. Пластиковые пленочные конденсаторы для звука используются в высококачественных аудиосистемах и имеют широкий спектр применения.
fb.ru
Раздел: ЧИП-КОНДЕНСАТОРЫ
Керамические конденсаторы
НОВЫЕ РАЗРАТОКИ
Танталовые оксидно-полупроводниковые конденсаторы
Конденсаторы с органическим диэлектриком
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
www.giricond.ru
Стабилизация частоты любительской аппаратуры
| Григоров Игорь Николаевич, а/я 68, 308015, Белгород
РОССИЯ rk3zk (at) antennex.com |
Стабилизация частоты самодельного трансивера или приемника для радиолюбителей всех поколений представляла непростую задачу. Требуется время для приобретения опыта, чтобы затем начать собирать трансиверы, частота которых не “плавает” и не “плачет”.
Нестабильность частоты параметрического генератора, генератора, в котором значение частоты зависит от величины индуктивности катушки и емкости контурного конденсатора, зависит от двух главных параметров. Первое, это стабильность параметров частотозадающих цепей, а второе, стабильность параметров элементов, как пассивных так и активных, составляющих схему генератора. Но конечно главным врагом для стабильности частоты генераторов является температура. Преодолев влияние изменения температуры на работу частотозадающих цепей можно создать стабильный генератор.
К сожалению, в реальности все не так просто. Более того, в настоящее время наблюдается интересная тенденция. Уровень развития радиоэлектроники с каждым годом растет, количество транзисторов на один миллиметр площади исчисляется в тысячах, а стабильность частоты гетеродинов в большинстве самодельной радиолюбительской аппаратуре не повышается, а даже понижается.
Причины того, почему это происходит, почему многие старые ламповые самодельные конструкции приемников и трансиверов (например, знаменитый в свое время “UW3DI”) “держат” частоту гораздо лучше многих современных самодельных трансиверов, мы рассмотрим ниже.
Температурная нестабильность катушки и конденсатора
Наиболее распространенной причиной изменения частоты генератора является нагрев его деталей в процессе работы. Это связано с тем, что при изменении температуры радио деталей изменяются их размеры. Чем быстрее прогреваются, и следовательно изменяются в размерах , детали генератора, тем больше изменение частоты генератора. Радиолюбители хорошо знают этот эффект, который называют “начальный выбег частоты”. При включении аппаратуры в течение первых 15- 30 минут происходит основной нагрев деталей генератора, вследствие этого частота генератора изменяется особенно значительно.
При нагревании увеличивается в размерах катушка индуктивности задающего генератора. Вследствие этого увеличивается индуктивность этой катушки и понижается частота генератора. Относительное изменение значения индуктивности катушки индуктивности от ее температуры выражает в ТКИ.
ТКИ – температурный коэффициент индуктивности, показывает относительное изменение индуктивности катушки при изменении ее температуры на 1 градус С.
Для перестройки генераторов по частоте обычно используют переменные воздушные конденсаторы. При нагреве эти конденсаторы увеличиваются в размерах. С увеличением всех физических размеров переменного конденсатора происходит увеличение его емкости. Относительное изменение значения емкости конденсатора от его температуры выражает в ТКЕ. Нестабильности частоты генератора будет зависеть от типа конденсатора, используемого в частотозадающей цепи.
ТКЕ – температурный коэффициент емкости, показывает относительное изменение емкости конденсатора при изменении его температуры на 1 градус С.
Из переменных воздушных конденсаторов особенно нестабильны конденсаторы из алюминиевых сплавов. Эти конденсаторы переменной емкости широко используются в бытовых радиоприемниках. ТКЕ переменных конденсаторов выполненных из алюминиевых сплавов и имеющих зазор между пластинами 0,3- 0,6 мм находится в пределах (100- 200)*10-6 град-1.
Переменные конденсаторы, выполненные на основе медных сплавов (из конденсаторной латуни), меньше подвержены воздействию температуры. Для специальных целей производят высокостабильные переменные конденсаторы из “нечувствительных” к воздействию температуры сплавов, в частности из инвара. Для стабильных конденсаторов используются высококачественные изоляторы. Высококачественные переменные конденсаторы иногда выпускают с посеребренным покрытием. Пластины конденсаторов из медных сплавов обычно имеют специальное защитное покрытие, допускающее пайку и исключающее коррозию пластин конденсатора при воздействии влаги. Высокостабильные переменные конденсаторы выполняют с зазором между пластинами 1- 1,5 мм. ТКЕ высокостабильных переменных конденсаторов может быть в пределах (10-30)*10-6 град-1. В 10- 20 раз стабильнее, чем ТКЕ простых бытовых переменных конденсаторов сделанных из алюминия!
Итак, ситуация, складывающаяся с температурной стабильностью частотозадающих цепей генератора, получается непростой. ТКИ катушки, находящейся в частотозадающей цепи, имеет положительное значение. Конденсатор переменной емкости тоже имеет положительный ТКЕ. Следовательно, с прогревом частотозадающей цепи, содержащей такую катушку и такой конденсатор, его частота будет понижаться. Это явление хорошо знакомо каждому радиолюбителю. Частота трансивера или приемника при его включении плавно ползет вниз.
Включение нерационально сконструированного трансивера на передачу может вызвать добавочное увеличение нестабильности частоты. Это связано с тем, что при работе на передачу выходной каскад трансивера проводит дополнительный нагрев внутренностей трансивера и следовательно, деталей генератора. Частота во время передачи начинает плыть вниз. После окончания передачи детали выходного каскада остывают, температура внутри трансивера понижается, и частота снова начинает плыть, но уже вверх.
В частотозадающие цепи включены не только катушка индуктивности с переменным конденсатором. В эту цепь обычно еще включены другие постоянные конденсаторы. При помощи этих добавочных конденсаторов производится температурная стабилизация частоты. Рассмотрим работу этих конденсаторов.
Стабилизация частоты при помощи конденсаторов
На первый взгляд представляется логичным, что все конденсаторы с твердым диэлектриком тоже будут иметь положительный ТКЕ. Это действительно так, и большинство конденсаторов с твердым диэлектриком выполненном из натуральных материалов обладает положительным ТКЕ. Однако диэлектрическая проницаемость синтетической конденсаторной керамики зависит от температуры. При повышении температуры, в зависимости от сорта керамики, ее диэлектрическая проницаемость может увеличиваться или уменьшаться. Следовательно, используя специальные сорта конденсаторной керамики можно изготовить конденсаторы постоянной емкости имеющие отрицательный ТКЕ.
Включив конденсатор, имеющий отрицательный ТКЕ, в частотозадающий контур, катушка и переменный конденсатор которого имеют положительный ТКЕ, можно произвести температурную стабилизацию частоты. По этой причине конденсаторы с отрицательным ТКЕ носят название термокомпенсирующих конденсаторов.
ТКЕ конденсатора обычно указывают на его корпусе рядом со значением емкости. Для некоторых старых типов конденсаторов прошлых лет выпуска их ТКЕ указывает цвет корпуса. ТКЕ слюдяных конденсаторов (типа СГМ) можно определить по букве на его корпусе. Таблица 1 показывает значение ТКЕ для слюдяных конденсаторов по букве и для керамических конденсаторов прошлых лет выпуска по цвету корпуса.
Таблица 1. ТКЕ слюдяных и “старых” керамических конденсаторов| Керамические конденсаторы | Слюдяные конденсаторы | ||
| Цвет | ТКЕ (группа) | Группа по ТКЕ | ТКЕ на 1 градус Цельсия |
| красный | М700 | А | не нормируется |
| оранжевый | не нормировано | Б | +-200*10-6 |
| зеленый | М1300 | В | +-100*10-6 |
| синий | П120 | Г | +-50*10-6 |
| серый | П30 | Д | +-120*10-6 |
| белый | М80 | Д | +-120*10-6 |
| голубой | М50 | ||
Обратите внимание, что для слюдяных конденсаторов ТКЕ указан как “+-“. Для подавляющего большинства слюдяных конденсаторов ТКЕ положителен. Слюда, используемая в качестве диэлектрика в слюдяных конденсаторах, проходит специальную обработку, так называемую тренировку перед производством этих конденсаторов. В результате чего свойства слюды фиксируются, и достигается производство слюдяных конденсаторов с нормированным ТКЕ. Но с течением времени, и при работе в определенном интервале температур, некоторое количество слюдяных конденсаторов может приобрести отрицательный ТКЕ.
Радиолюбитель может считать, что ТКЕ слюдяных конденсаторов имеет положительное значение. Необходимо помнить, что слюдяные конденсаторы в особенности и некоторые керамические обладают неприятным эффектом, который носит название “мерцание емкости”.
Эффект “мерцания емкости” проявляется в виде быстрых, нерегулярных изменениях емкости и потерь конденсатора, находящегося под напряжением высокой частоты. Если мерцающий конденсатор находится в частотозадающем контуре, частота этого контура тоже будет хаотически меняться.
Попадание такого конденсатора в частотозадающий контур приведет у печальным последствиям для работы генератора… При изготовлении немерцающих керамических конденсаторов используют как минимум трехкратное серебрение керамики. Керамический диэлектрик имеет повышенную толщину. Работа конденсаторов при пониженном высокочастотном напряжении уменьшает эффект мерцания. Однако выпускают специальные немерцающие конденсаторы, которые могут работать под значительным высокочастотным напряжением.
На конденсаторах многих типов, выпускаемых в последние годы, их параметры — допуск, напряжение и ТКЕ кодируются буквами латинского алфавита. В маркировке таких конденсаторов первая буква после обозначения их номинала указывает допустимое отклонение в процентах, вторая — ТКЕ, третья (может и не быть) — напряжение. В конденсаторах где ТКЕ не является существенной величиной, например в электролитических, вторая буква всегда означает напряжение. Таблица 2 показывает буквенное обозначение ТКЕ для современных типов конденсаторов.
Таблица 2. Буквенное обозначение ТКЕ| ТКЕ | П100 | П60 | П33 | МП0 | М33 | М47 | М75 | М150 | М220 |
| Маркировка | А | G | N | C | H | V | L | P | R |
| ТКЕ | М330 | М470 | М750 | М1500 | М2200 | М3300 | |||
| Маркировка | S | T | U | V | K | Y | |||
МП0 — конденсатор имеет нулевой ТКЕ, т.е. при изменении температуры емкость конденсатора не изменяется
Для конденсаторов, выполненных из низкочастотной керамики, параметр ТКЕ не используют. Используют обозначения “Н10” … “Н90”, где цифра обозначает возможное отклонение емкости конденсатора в процентах в интервале температур от –60 до +85 градусов относительно емкости конденсатора при температуре 20 градусов. Конечно, такие конденсаторы ни в коем случае нельзя применять в частотозадающих цепях! В некоторых современных типах конденсаторов это отклонение емкости указывается латинской буквой. Таблица 3 приводит эти буквенные обозначения для конденсаторов из низкочастотной керамики.
Таблица 3. Буквенное обозначение конденсаторов из низкочастотной керамики
| Отклонение емкости | Н10 | Н20 | Н30 | H50 | H70 | H90 |
| Маркировка | B | Z | D | X | E | F |
Итак, при помощи термокомпенсирующего конденсатора нам необходимо произвести компенсацию температурной нестабильности во-первых, конденсатора с воздушным диэлектриком, использующимся для перестройки по частоте этого генератора, а во вторых катушки индуктивности генератора. Если компенсацию температурной нестабильности переменного конденсатора с воздушным диэлектриком произвести относительно несложно, то при обеспечении температурной компенсации катушки индуктивности могут возникнуть серьезные сложности.
Катушка индуктивности в схеме генератора
Катушка индуктивности является основным элементом, вносящим нестабильность в частотозадающую цепь генератора. В отличии от конденсаторов, катушки индуктивности выпускающиеся радиозаводами России не являются унифицированными деталями. Это означает, что радиозаводы не выпускают катушки с определенной индуктивностью и ТКИ. При выпуске определенного изделия, содержащего катушки индуктивности, завод, выпускающий это изделие, обычно сам производит для него катушки индуктивности, пользуясь при этом своими специфическими требованиями.
То же самое сейчас касается многих радиолюбителей. Делая какую- то конструкцию, радиолюбитель часто самостоятельно изготавливает для него катушки индуктивности. В наш век всеобщей унификации такое положение дел кажется даже немного странным… Впрочем, на Западе уже давно производят унифицированные катушки индуктивности, которые широко используются как в промышленности, так и радиолюбителями при изготовлении самодельных конструкций. Конечно, использование готовых конструкций катушек для частотозадающих цепей значительно облегчает жизнь радиолюбителю.
Выполнение самостоятельно стабильной катушки предназначенной для работы в частотозадающей цепи представляет собой сложную задачу. Без необходимого опыта, без соответствующих материалов радиолюбитель не сможет с ней справиться. Поэтому, если есть возможность, необходимо использовать в частотозадающей цепи катушку индуктивности от какого либо промышленного устройства. Причем эта катушка должна быть выполнена с учетом мер, обеспечивающих ее стабильность.
Что же влияет на стабильность параметров катушки индуктивности? Конечно, наиболее значительный по своему влиянию фактор представляет собой температура. С увеличением температуры увеличиваются размеры катушек и следовательно возрастает их индуктивность. Но температура влияет не только на ТКИ. При увеличении температуры возрастают диэлектрические потери в материале, из которого сделан каркас катушки и увеличивается активное сопротивление провода катушки. В результате этого добротность катушки понижается. Понижение добротности в катушках промышленного изготовления может составить 10% при увеличении температуры катушки на 30 градусов. Для самодельных катушек снижение их добротности при нагревании может составить еще большую величину. Понижение добротности катушки используемой в частотозадающей цепи ведет к уменьшению амплитуды генерируемых колебаний и к возрастанию шума генератора.
Конечно, самым неприятным для радиолюбителя является то, что при увеличении температуры катушки возрастает ее индуктивность. ТКИ катушек промышленного изготовления, используемых в частотозадающих цепях, может быть в пределах от (10- 300)10-6 град-1 . Катушки имеющие небольшой ТКИ являются весьма дорогими в изготовлении. Для изготовления их каркаса используются специальные материалы, применяются специальные способы намотки.
Но, как правило, катушка индуктивности выполненная без специальных элементов температурной компенсации будет иметь положительный, пусть даже небольшой, ТКИ. Обычно Для приведения ТКИ катушки, используемой в частотозадающей цепи, к нулевому значению применяют компенсацию индуктивности катушки при помощи ее сердечника. В высококачественных катушках используют компенсацию при помощи сердечников размещенных внутри катушки. Они выполняются из специальных немагнитных металлических сплавов из меди или из алюминия. При нагревании сердечник расширяется, и уменьшает индуктивность катушки. Для недорогих катушек для температурной компенсации используют специальные ферритовые сердечники. При увеличении температура магнитная проницаемость ферритовых сердечников (ТКМП) уменьшается, что приводит к уменьшению индуктивности катушки.
ТКМП — температурный коэффициент магнитной проницаемости показывает относительное изменение проницаемости материала при изменении его температуры на 1 градус С.
ТКМП ферритовых изделий может находиться от -(20 – 2000)10-6 град-1. Небольшими значениями ТКМП обладают высококачественные ферриты предназначенные для использования в катушках частотозадающих цепей.
Влияет на магнитную проницаемость сердечника наличие внешнего магнитного поля. Оно может быть вследствие прохождения постоянного тока через катушку индуктивности. Для исключения изменения магнитной проницаемости сердечника за счет изменения внешнего магнитного поля, которое может произойти при изменении постоянного тока, протекающего через катушку, генераторы, в которых используется катушка с ферритовым сердечником, собирают по схеме, когда исключается протекание постоянного тока через катушку.
Итак, для того, чтобы катушка индуктивности обладала малым ТКИ, она должна быть изготовлена соответствующим образом и из соответствующих материалов. Например, каркас катушки должен иметь определенную толщину. Обмотка катушки должна иметь определенное количество витков… Термокомпенсирующий сердечник должен находиться в определенной части катушки… И так далее… Для того, чтобы изготовить действительно стабильную катушку индуктивности для какого то серийного изделия необходимо провести множество практических экспериментов. Это кроме предварительных расчетов этой катушки. Поэтому мой совет радиолюбителю, в руки которого попадет специальная катушка, предназначенная для работы в частотозадающей цепи. Используйте ее только в оригинальном виде. Не крутите ее сердечник. Используйте только полное включение витков катушки. Включение части витков катушки приведет к увеличению ТКИ для этой катушки. Если катушка помещена в герметично запаянный корпус, не распаивайте его. Распайка корпуса катушки приведет к существенному повышению ее ТКИ а также к понижению ее добротности. Не подпаивайтесь к виткам катушки, все это обязательно скажется на ее стабильности.
При использовании в схеме генератора стабильной керамической катушки понадобятся стабильные конденсаторы имеющие низкое значение ТКЕ. Обычно требуются конденсаторы имеющие группу ТКЕ МП (нулевой), М33-47, П33-47-100. Из этих конденсаторов комбинируется термокомпенсирующий конденсатор, который подключается к катушке индуктивности. Использование конденсаторов с большим значением ТКЕ нежелательно. Температурная стабильность частоты генератора в этом случае понизится. Использовать конденсатор с большим значением ТКЕ – М330 – 750 можно только в том случае, если этот конденсатор имеет величину емкости не менее чем в десять раз меньшую, чем суммарная емкость контура, составленная из «хороших» конденсаторов.
Старые катушки
Не всегда в руки радиолюбителя попадает катушка индуктивности, изъятая из аппаратуры, которая работала в нормальных условиях. Часто попадаются катушки выпаянные из аппаратуры, которая хранилась или вследствие каких либо причин пребывала в неподходящих для хранения условиях, например в сырых помещениях или на открытом воздухе.
Для многих однослойных катушек на керамическом каркасе пребывание во влажных условиях не сказывается на дальнейшем изменении их параметров. Если от влаги обмотка катушки не корродировала, то после тщательной просушки первоначальные параметры катушки практически полностью восстанавливаются.
Для катушек, выполненных на пластиковом каркасе, пребывание во влажных условиях и под действием солнечных лучей может оказаться губительным. Каркас катушки под воздействием этих условий может безнадежно деформироваться и даже разрушиться. Подвержены пластмассовые каркасы старению. Вследствие этого параметры катушки могут стать неудовлетворительными для целей использования катушки в частотозадающих цепях. Многослойные катушки, которые подверглись воздействию влаги, могут не восстановить свои параметры даже после их тщательной просушки.
Влага может повредить ферритовый сердечник. При неблагоприятных воздействиях влаги он может корродировать и рассыпаться.
Лампы и транзисторы
Параметры радиоламп в процессе работы практически не изменяются, при условии работы радиолампы в нормальном для нее режиме. Или эти изменения носят длительный по времени характер, который не может сказаться на изменении частоты генератора за относительно небольшой промежуток времени, для примера час или день. Естественные изменения температуры окружающей среды мало влияет на изменение параметров радиолампы. Это происходит потому, что внутренняя механическая конструкция лампы отделена от окружающей среды во первых вакуумом, а во вторых стеклянным баллоном лампы. Вот почему лампа, при умелом выборе схемы генератора и режимов ее работы, практически не вносит температурного влияния в частотозадающую цепь. Для обеспечения стабильности работы лампового генератора остается только произвести температурную компенсацию деталей частотозадающей цепи. Обычно справиться с этим может даже не очень опытный радиолюбитель.
Иное дело при использовании в генераторе транзисторов. Параметры транзисторов при изменении температуры изменяются. Это относится как к биполярным кремниевым и германиевым, так и к полевым кремниевым транзисторам.
Поэтому при конструировании транзисторных генераторов стремятся максимально ослабить влияние изменения параметров транзистора на частотозадающий контур. Для этого используют специальные схемы генераторов. Могут быть использованы термокомпенсирующие резисторы, уменьшающие влияние изменения температуры на транзистор. Все это усложняет схему транзисторного генератора.
Используется слабая связь контура с транзистором. С одной стороны, это уменьшает влияние транзистора на частотозадающий контур, но, с другой стороны, увеличивает шумовую составляющую генератора. Это приводит к невозможности приема слабых станций, делает сигнал трансивера “шумным”.
Многие замечали разницу в приеме слабых станций между ламповым и транзисторным аппаратом, имеющих, казалось бы, одинаковую чувствительность. Сравнение идет обычно не в пользу транзисторного аппарата. Только применяя специальные схемотехнические методы можно достигнуть тех результатов, какие в простой лампой аппаратуре можно получить как бы “само – собой”…
Итак, используя задающий ламповый генератор, приходится применять меры температурной стабилизации только параметров частотозадающего контура. Используя транзисторный генератор приходится стабилизировать не только частотозадающий контур, но и учитывать изменение параметров транзистора при изменении температуры. Следовательно, применять меры по предотвращению этого влияния на параметры контура. Это не всегда можно обеспечить простыми методами. Еще труднее обеспечить температурную стабильность работы генераторов собранных на микросхемах, например на 174ХА2, ХА10, генераторов, в которых для изменения частоты используются варикапы.
Если вы хотите построить радиостанцию, которую будете использовать исключительно дома, и не хотите долго возиться с настройкой ее гетеродина, но в то же время хотите, что бы гетеродин имел приличную температурную стабильность, смело выполняйте гетеродин на лампах. Можно использовать любые пальчиковые миниатюрные лампы, как 6,3 – вольтовой серии так и 2,4- 1,2- вольтовой серии. Тем более, что при использовании современных миниатюрных ламп можно собрать гетеродин по размерам не больше транзисторного, но гораздо стабильнее его в работе. Если же аппаратура будет использована в полевых условиях, то, естественно, ГПД должен быть выполнен на транзисторах, и здесь необходимо принять самые серьезные меры по стабилизации его частоты.
Обратите внимание на температурную инерцию аппарата. Чем она больше, то есть чем толще стенки трансивера, грубо говоря, чем больше он весит, тем выше его температурная стабильность. Как пример этому можно привести работу старой ламповой аппаратуры. Старые ламповые приемники и трансиверы обычно изготавливались на «солидном» тяжелом металлическом корпусе, имеющем большую тепловую инерцию. Поэтому требуется довольно большое время, чтобы преодолеть ее и изменить температуру шасси и, следовательно, параметры цепей гетеродина. Нагрев лампами внутреннего пространства корпуса аппарата создает некоторый термостационный эффект, когда температура внутри корпуса с течением некоторого времени стабилизируется. Требуется значительное воздействие, чтобы быстро изменить температуру внутри корпуса лампового аппарата.
Можно провести наглядный опыт — поставить на сквозняк старый ламповый приемник, даже не связной, а вещательный, 3- 4 класса, а рядом с ним новый транзисторный приемник 1- 2 класса, настроенных на одну радиостанцию. Частота в транзисторном приемнике “убежит” гораздо быстрее, чем в ламповом приемнике.
Термостатирование
При использовании транзисторных генераторов термостатирование позволяет очень просто добиться стабильной работы генератора. В этом случае полностью весь генератор помещается в какой либо термоизолирующий корпус, в котором поддерживается постоянная температура. Такой корпус можно склеить из пенопласта. Для работы генератора в условиях комнаты можно выбрать температуру работы генератора в пределах 50-60 градусов. Если аппарат, в котором используется термостатированный генератор предполагают использовать в полевых условиях или в автомобиле то необходимо предпринимать меры, исключающие перегрев этого аппарата. В противном случае температуру термостатирования придется поднять до 70 градусов.
Резисторы и питание
Конечно, предполагается, что генератор питается от стабильного напряжения. Температурные изменения сопротивления резисторов используемых в схеме генератора обычно мало влияют на его частотную стабильность.
Синтезаторы частоты
Если бы в мире использовали стабилизацию частоты генераторов только термокомпенсационными методами, мы бы никогда не имели переносных УКВ- радиостанций, сотовых телефонов, и других чудес техники 21 века. Только применение синтезаторов частоты позволило создать малогабаритные и стабильные высокочастотные генераторы для этих устройств. Более того, современные микросхемы синтезаторов частоты позволяют самостоятельно достаточно просто построить стабильный и миниатюрный генератор без использования дорогих стабильных керамических катушек и термокомпенсирущих конденсаторов.
Применение синтезаторов частоты в высокочастотных генераторах уже становится обычным делом для многих радиолюбителей. Наверное, в скором будущем проблема “ухода” частоты при изменении температуры просто исчезнет.
Журнальный вариант статьи был опубликован: Радиолюбитель, 1997, № 3, С. 34-35.
www.qrz.ru