Самодельный конденсатор переменной емкости
Привет Хабр, первая статья, посвящаю ее созданию своего КПЕ. Так уж вышло, что для УКВ диапазона понадобился генератор, но не было подходящего КПЕ для него, собравшись мыслями соорудил следующее:
Выглядит убого, потерто, исцарапано, однако посмотрев на подобного рода статьи и ужаснувшись, моя поделка начинает выглядеть на их фоне немного лучше, тут и относительная виброустойчивость, за счет выбранной толщины пластин и их площади, прамочастотная зависимость поворота ротора из-за выбранной формы пластин.
Пластины выполнены из латунной жести, покрытой цинком или алюминием, на вкус определить не смог, магнит не подает признаков магнитности.
В качестве направляющих и оси ротора использую спицы от велосипеда.
Набор инструментов которые вам понадобятся (Мозг остался за кадром, но он тоже пригодится).
Форму пластины навел карандашом, подкладывая телефон под лист бумаги, подгонав размер увеличением/уменьшением размера картинки (КТО ПРИДУМАЛ ПРИНТЕР?!) Точных чертежей не привожу, ибо мне хватило того, что вы видите на фото выше.
Форму конденсатора следует выбирать исходя из ваших нужд, они бывают разные, опишу некоторые на картинке ниже:
а) Имеет линейную зависимость емкость относительно повора вокруг оси.
в) Линейная частототная зависимость.
Опишу метод относительно ровной спайки пластин на одинаковом расстоянии друг от друга. Берем шайбы нужной толщины, которая должна быть между пластинами, закрепляем все это дело как на фото, делаем спайку, зажав все это дело крокодилами и заранее убедившись в ровном положении пластины относительной предыдущих, с припоем перебирать не стоит, чтобы потом не танцевать с бубном и надфилем, чтобы то что вы напаяли не совершало КЗ между пластинами.
Пластины вырезал из латунной жести обычными дешевыми ножницами, даже не по металлу. После выреза, сверлим отверстия в заранее обговоренных с чертежом местах, рекомендую на этом этапе не торопиться выравнивать пластины, спиливая ненужные части жести, ибо не факт, что вы станок с чпу и просверлили отверстия достаточно ровно, чтобы после припайки их к направляющим они стояли вровень, лучше это будет сделать после припайки к направляющим.
По итогу вы заимеете вот такие такие две детали статора и ротора:
Изолятор я сделал из вдвое сложенных фольгированных кусков текстолита, заранее очистив ненужные части фольги. Чтобы вал ротора не износил текстолит достаточно быстро, я сделал из жести трубочку в 2 мм диаметром, сделал ее достаточно неровно, вставил в проделанное отверстие в текстолите, заклепал ее и подбил в нее вал, трубочка обрела форму отверстия в текстолите. Чтобы вал был в натяжении и после настройки не падал своим центром тяжести к центру земли со скоростью 9.8м в сек за сек на 1 кг, нужно сделать прямоугольную пластину, загнуть, как показано на фото, сделать отвертие под вал, припаять ее к части фольгированного текстолита который имеет контакт с ротором, и вставить ненужную вам резинку между роторной пластиной и текстолитом, используя ее в качестве клина, данная колхозная конструкция не обладает инерцией после настройки, если использовать тупую пружину, то во время настройки она сжимается или разжимается и когда вы отпускаете ручку настройки, пружина ехидно смеясь передвигает ручку в сторону, сбивая настройку. Также забыл добавить, чтобы вал ротора держался с той стороны, где в будущем будет ручка настройки, нужно сделать (или у вас такая есть) контршайбу для вала и пропил в последнем для первого, чтобы иметь в будущем возможность разбора конструкции.
Если после сборки у вас при повороте ротора появляется КЗ — не беда! берем ЛБП, ставим такой ток, чтобы не сплавило пластины между собой (вдруг у вас сварочник вместо лбп?) и подсоединяем к выводам ротора и статора, наблюдаем где искрит и пинцетом отжимаем пластины в стороны, делаем так покуда не перестанет искрить в разумных пределах поворота статора
Проведя измерения, получилось около 12 пф начальной емкости и около 40пф в максимально задвинутых пластинах. На мой взгляд результаты могут быть гораздо лучше.
Ниже фото осциллограммы при верхней частоте авиа диапазона, для него собсна и делал его (амплитуда нестабильная скорее всего из-за полосы пропускания ослика, на деле там думаю все с ней хорошо).
Всем спасибо за внимание, отвечу на любые комментарии требующие конструктивные уточнения, ибо я уверен не все мои объяснения будут понятны абсолютному большинству.
Делаем высоковольтный конденсатор в домашних условиях
В последнее время становится всё сложнее приобрести конденсаторы переменной ёмкости. Я столкнулся с этой проблемой при создании магнитной антенны: вакуумные конденсаторы меня не устроили высокой стоимостью, б/у КПЕ не устроили ржавым внешним видом. Кроме того КПЕ из старых приёмников имеют небольшой зазор между пластинами и при использовании их в магнитных антеннах прошиваются высоким напряжением. Так я принял решение делать самодельный КПЕ. В интернете нашлось немало конструкций, но наиболее меня заинтересовала статья https://www.qsl.net/n4dfp/buildcaps.html. Собственно по этой статье и был сделан конденсатор с небольшими доработками.
Итак, первым делом был найден лист алюминия. Найден он был в магазине типа сделай сам в виде листа от бочки йогурта (толщина 0,3-0,4 мм). Из листа ножницами были вырезаны заготовки по чертежам:
Чертежи в формате SVG можно скачать по ссылке.
Всего было вырезано 17 заготовок пластин статора, и 16 — ротора. Все пластины были выпрямлены, потом в нужных местах были просверлены отверстия 6 мм под винты. Рекомендую сверлить однотипные заготовки разом, зажав их в тиски. После сверловки заготовки были зачищены от краски и защитного слоя (лист для йогурта был окрашен рекламными надписями с одной и пищевым слоем с другой стороны). В итоге получилась такая кучка заготовок:
Из пластмассы были вырезаны боковые стенки конденсатора размером примерно 100х70 мм.
Для скрепления пластин я использовал болты М6 длиной 110 мм, гайки М6 толщиной 4,5 мм, и шайбы.
Крепление пластин схематически показано на рисунке (вид сбоку):
Первая пластина статора крепится через 3-4 шайбы (в зависимости от их толщины), чтобы обеспечить необходимый зазор между пластинами ротора и статора, и зажимается гайками. Первая пластина ротора зажимается гайками с двух сторон, при этом между боковой стенкой и крепежом обеспечивается небольшой зазор, чтобы болт с пластинами ротора свободно вращался в отверстии.
На противоположной боковой стенке конденсатора необходимо реализовать токоприёмник и пружинный элемент. Я объединил две функции в одну с помощью изогнутой пластины из того же алюминиевого листа и наклейки из пенистого пластика:
После сборки окончательно выпрямляем пластины и добиваемся одинакового расстояния между пластинами при любых положениях ротора.
В итоге получился конденсатор с диапазоном изменения ёмкости 7-330 пФ. Стоимость материалов составила менее 10 долларов.
Способ №3 Мощный импульсный паяльник
Такой паяльник не подойдет новичку, так как для его создания требуются базовые знания в электротехнике и навыки чтения электрических схем. За основу для изготовления этого агрегата берется импульсный блок питания от галогенных светильников. Хорошо будет получить и схему этого устройства, в рассматриваемом примере она имеет такой вид, хотя может быть и любая другая, в зависимости от модели блока для паяльника:
Рис. 11: схема блока питания для импульсного паяльника
Принцип действия импульсного паяльника заключается в закорачивании вторичной обмотки трансформатора Т2 для получения максимального нагрева жала. Для этого применяется самодельная обмотка с одним витком и закороткой из более тонкой проволоки под наконечник.
Для изготовления паяльника вам понадобится блок от галогенного светильника, корпус (в данном случае используется пистолет из детской игрушки), медная проволока диаметром 6мм и проволока диаметром 1мм, керамические предохранители, болты для фиксации деталей паяльника, кнопка и шнур питания с вилкой. Из инструмента вам понадобятся пассатижи, отвертка, метчик и ножовка.
Процесс изготовления импульсного паяльника состоит из следующих этапов:
-
Снимите крышку с блока питания от галогенного светильника, будьте аккуратны, чтобы не повредить внутренние элементы, места пайки и детали.
Рис. 12: снимите крышку с блока питания
Рис. 13: удалите низковольтную обмотку
Рис. 14: обрежьте плату
Рис. 15: проденьте медную проволоку в катушку
Рис. 16: наденьте куски керамической рубашки
Рис. 17: нарежьте резьбу
У вас получился один из самых мощных паяльников, работающих от сети 220В – он запросто может выпаять детали с мощными ножками, соединять контакты силовой цепи и т.д.
Рис. 18: готовый импульсный паяльник
Но назвать этот паяльник одноразовым нельзя, поскольку собирается он целенаправленно и требует серьезных усилий для создания. Также желательно иметь хоть какой-то рабочий паяльник при его изготовлении, это значительно упростит работу по разделению платы.
Более подробная статья про изготовление импульсный паяльник:
Самодельные КПЕ из фольгированного стеклотекстолита
Переменные конденсаторы, они же конденсаторы переменное емкости или КПЕ, используется во множестве устройств. Они нужны в генераторах, антенных тюнерах, некоторых видах антенн, и много где еще. Обратим внимание на тот факт, что в любительской радиосвязи, к примеру, трансивер может с легкостью выдавать 25 Вт или 100 Вт, максимально же разрешенная мощность составляет 1000 Вт. Понятно, что общедоступные маленькие КПЕ тут совершенно не годятся, а нужных для таких мощностей КПЕ в магазине вы попросту не найдете.
Подходящие большие КПЕ из старой радиоаппаратуры можно приобрести на Авито и досках объявлений радиолюбителей. Но цены там зачастую не низкие, к конденсаторам редко указывается их емкость, не представляется возможным найти два или более одинаковых конденсатора, плюс есть риски и неудобства, сопряженные с покупкой с рук. А между тем, изготовить переменный конденсатор в домашних условиях не так уж и трудно.
Идею я подсмотрел в статье Build Your Own Transmitting Air Variable Capacitors 2003-го года за авторством David Hammack, N4DFP. В своей статье Дэвид использует медные листы, которых у меня не оказалось. Но я прикинул, что с тем же успехом подойдет и медь на одностороннем фольгированном текстолите, которого у меня как раз в избытке. Почему бы не попробовать?
Сразу покажу, что у меня в итоге получилось. Вид спереди:
Конденсатор имеет пять прямоугольных пластин размером 20 x 50 x 1 мм, зафиксированных двумя длинными болтами M3. Пластины разделены гайками. Еще четыре пластины в форме полукруга с радиусом 25 мм крепятся на одном болте M3. Этот болт можно вращать при помощи ручки от потенциометра, которую я приклеил к болту при помощи эпоксидного клея. Все это хозяйство держится на каркасе из двух прямоугольных кусков листового пластика размером 30 x 50 мм. Для соединения с подвижными пластинами я использовал толстый медный провод, изогнутый в форме петли. Провод плотно прилегает к вращающемуся болту и закреплен на каркасе конденсатора с помощью термоклея. Капля припоя, которую можно видеть на втором фото, служит для ограничения углов поворота ручки. Понятно, что все работало бы и без нее. Но мне хотелось, чтобы ручка имела какие-то крайние полажения, а не просто крутилась во все стороны.
Конструкция
Рис. 1. Чертеж и конструкция самодельного конденсатора переменной емкости с воздушным диэлектриком.
Обозначения на рисунке:
Устройство КПЕ показано на рис. 1. Он состоит из статора (детали 1, 12), ротора (детали 5, 6, 8, 18, 19) и корпуса (детали 2, 10, 11, 16, 17). Его ёмкость зависит от угла поворота ротора относительно статора, т. е. от взаимно перекрываемой площади роторных и статорных пластин, их числа и воздушного зазора между ними.
Пластины статора 1 закреплены пайкой на фиксаторах 12, которые, в свою очередь, закреплены в отверстиях боковых планок 16 корпуса КПЕ. Пластины ротора 5 припаяны к валику 6 и фиксатору 8. Валик 6 вращается в подшипниках 14, закреплённых на планках 16 винтами 15.
При изготовлении КПЕ заготовки одинаковых деталей (пластин ротора и статора, подшипников 14, планок 16) рекомендуется обрабатывать совместно, объединив их в пакеты с помощью заклёпок или винтов с гайками (именно для этого предусмотрены отверстия диаметром 2,6 мм в пластинах ротора).
Разумеется, форма пластин, их число и зазор между ними могут быть и иными, здесь многое зависит от возможностей и опыта радиолюбителя, например, браться сразу за изготовление конденсатора с зазором менее 1 мм при отсутствии достаточного опыта в слесарном деле вряд ли стоит.
Моя Тесла-лаборатория. Конденсатор переменной емкости.
Это изделие не является полностью самостоятельным. Это только часть более сложного прибора, модель, которая предназначена для проверки технологии. Но недавняя публикация hamster76 — замечательный радиоприемник показал мне, что этой разработкой стоит поделится. Поэтому пишу в «Помощь стим-мастеру»
В свой публикации hamster76 рассказал о своих проблемах с поврежденным конденсатором, но ведь переменный конденсатор — сам по себе Тесла-прибор! Теслапанк конденсатор вполне может украсить какой-либо прибор.
В 20-х годах из двух способов настройки приемника — изменение индуктивности и изменение емкости в колебательном контуре предпочтение отдавалось изменению индуктивности. Первая причина этого — теоретическая: такая схема, потенциально, позволяет получить большую добротность контура и, как следствие, лучшие качества радиоприема. Вторая — технологическая. Конденсатор переменной емкости — сложный механический прибор, требующий высокой точности изготовления. Уже в 30-е годы ситуация изменилась — с одной стороны технические возможности радиопромышленности выросли, с другой стороны распространение супергетеродинной схемы приема требовало синхронной перестройки двух контуров одновременно, а сдвоенный конденсатор переменной емкости оказалось изготовить проще, чем сдвоенный вариатор. С тех пор вплоть до самого конца XX века переменный конденсатор стал практически обязательным элементом любого радиоустройства.
Главные требования к конденсатору это: 1) Непрерывность электрического контакта. В моменты когда конденсатор «отрывается» от схемы или, наоборот, «закорачивается», радиослушатель слышит очень неприятные щелчки. 2) Плавность хода. При плохой механике очень трудно настроится на станцию, и «удерживать волну» в дальнейшем. 3) Большой диапазон перестраиваемой емкости — позволяет захватить больше станций. 4) Малая минимальная емкость.
Для того, чтобы избежать проблемы плохого контакта ротора использована схема бесконтактного взаимодействия со статором. Пластины ротора никуда не подключены, они взаимодействуют со статором только через емкость дополнительных обкладок, это позволяет избежать проблемы плохого контакта. При повороте ротора емкости между пластинами перераспределяются, и общая емкость конденсатора меняется.
Такая конструкция имеет недостатки: больший, чем в других схемах, размер обкладок, нелинейность изменения емкости при повороте ротора, малый «рабочий диапазон» поворота ротора. Угол между положениями максимальной и минимальной емкости получается всего 90 градусов.
Зато конструкция получается очень простой, без подвижных электрических контактов. Кроме того, симметрия конструкции значительно облегчает устройство поворотной оси.
Конденсатор состоит из деревянных основания — статора и вращающейся на оси ручки — ротора. Они вырезаны из доски с помощью коронок и обточены на оси дрели. Диаметр статора (это, впрочем, совсем не важно.) 120 мм, диаметр ротора (а вот он влияет на максимальную емкость!) — 80 мм. Между статором и ротором вставлена изолирующая прокладка из тонкого картона. И на статоре и на роторе закреплены (маленькими гвоздиками) одинаковые полукруглые пластины из жести, пластины статора соединены проволокой с клеммами. Ось изготовлена из винта, на который надета скользкая пластмассовая трубка. Снизу оси, в выемке статора, установлена коническая пружина, взятая от контейнера для батареек. Пружина обеспечивает равномерность сжатия деталей и равномерность вращения. Сверху конструкцию фиксирует декоративная гайка.
Получившийся конденсатор имеет емкость 6-30 пФ. Это не очень много. Диапазон перестройки для длинных и средних волн должен быть около 40, для ультракоротких — 10. Самый простой способ улучшить характеристики — увеличить размер. Увеличение размера обкладок увеличит максимальную емкость. Кроме того, выяснилось, что большая часть минимальной емкости — это емкость массивных клемм, расположенных слишком близко друг к другу. Подключения к обкладкам стоило делать на максимальном расстоянии друг от друга.
Конденсатор переменной ёмкости: описание, устройство и схема
Что представляет собой такой элемент, как конденсатор? Это небольшой радиоэлемент со средоточенной электрической емкостью, образующейся двумя или же большим числом электродов. В некоторых случаях этот элемент еще называют обкладкой. Эти маленькие детали разделяются такой вещью, как диэлектрик (специальная бумага, тонкий слой слюды, керамики и т. д.). Емкость этой детали будет зависеть от таких показателей, как размер (площадь) обкладок, расстояние между этими элементами, а также от свойств самого диэлектрика.
Способ №2: Из нихромовой нити
В отличии от предыдущего метода изготовления электрического паяльника, здесь вы самостоятельно изготовите нагревательный элемент из отрезка нихромовой проволоки. Следует отметить, что подобрать нужный диаметр можно как с помощью табличных величин удельного сопротивления нихрома на метр длины, так и опытным путем.
Второй вариант наиболее простой, так как, имея проволоку диаметром, допустим, в 0,5мм, вы можете натянуть ее на кусок сухой древесины и, подключив питание крокодилами наблюдать скорость и величину нагрева по цветовым изменениям.
Рис. 4: определение нагрева опытным путем
При желании можно удлинить или укоротить нагреваемый участок путем перемещения крокодила – это позволит подобрать оптимальную температуру нагрева за счет длины, наиболее подходящую для вашего паяльника.
Помимо нихромовой нити вам понадобятся:
- Продолговатая заготовка из дерева округлой формы, чтобы удобно помещалась в вашей руке.
- Электрическая дрель и сверла различного диаметра для высверливания отверстий.
- Медная проволока для изготовления толстого или тонкого жала, диаметр подбирается индивидуально в каждой ситуации.
- Алебастр с водой для фиксации медной проволоки – объем довольно небольшой, поэтому вам хватит остатков с ремонта, приобретать новый пакет необязательно.
- Соединительные медные провода для подключения нагревательного элемента к питающему шнуру. Выбираются в соответствии с номиналом протекающего по ним тока.
- Изоляционные материалы – изолента, термоусадка, стеклотканевая изоляция.
- Блок питания на 12В, чтобы сделать мини паяльник.
- Слесарный инструмент, канцелярский нож и т.д.
В данном примере мы рассмотрим порядок изготовления низковольтного паяльника на 12В. Для этого выполните следующий алгоритм действий:
-
Просверлите в торце деревянной заготовки два несквозных отверстия – в одном из них будет размещаться жало, а другом разъем питания.
Рис. 5: просверлите отверстия в торцах
Рис. 6: высверлите отверстия по бокам
Рис. 7: поместите провода от разъема
Рис. 8: зафиксируйте жало
Рис. 9: намотайте нихромовую проволоку
Оголенные проводники и места соединения заизолируйте с помощью термоусадки.
- Соедините провода питания паяльника и заизолируйте изолентой.
Миниатюрный паяльник готов и может использоваться для пайки проводов, smd элементов и т.д.
Рис. 10: готовый миниатюрный паяльник
Общая информация
Очень важный факт. Конденсатор имеет одно свойство, которое проявляется в цепи переменного тока. Для такого контура эта деталь будет являться сопротивлением, величина которого будет зависеть от частоты. Если частота увеличивается, то сопротивление будет уменьшаться, и наоборот.
Существуют основные единицы измерения, при помощи которых можно определить принадлежность того или иного конденсатора. К ним относят Фарад, микроФарад и т. д. Обозначение на элементах этих единиц, соответственно, такое: Ф, мкФ.
Порядок работы
Осциллограф н313 инструкция
Нужно нажать клавишу «СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНУТРЕННЯЯ», а длительность развертки установить соответствующую ожидаемому периоду исследуемого сигнала, ручку «стаб» поставить в среднее положение. Клавишу «+-» установить в нужное положение (при синхронизации положительным сигналом клавиша — отпущена, при синхронизации отрицательным сигналом — наката). Размер картинки на экране не менее трех делений манипуляциёй ручками «стаб» и «УРОВЕНЬ» добиваются устойчивости картинки и начала развертки в желаемой точке изображения исследуемого сигнала.
Для синхронизации развертки внешним сигналом необходимо нажать клавишу «СИНХРОНИЗАЦИЯ ВНЕШНЯЯ» и подайте сигнал на гнездо «Х». Положение клавиши «+ -» должно соответствовать полярности синхронизирующего сигнала.
Для синхронизации от сети необходимо нажать клавишу «СИНХРОНИЗАЦИЯ СЕТИ».
Элементы с переменной емкостью
Диэлектриком в таких элементах чаще всего выступает воздух. Хотя стоит отметить, что, если говорить об аппаратуре с малыми габаритами, допустим, о транзисторных карманных приемниках, то в них чаще используются конденсаторы переменной емкости с твердым диэлектриком. В качестве этого элемента там используется износостойкое и высокочастотное сырье. Чаще всего это фторопласт или полиэтилен.
Параметры КПЕ
Основным параметром для таких деталей, который поможет определить возможность работы устройства в колебательном контуре, стала минимальная и максимальная емкость. Данный показатель чаще всего указывается рядом с самим конденсатором переменной емкости на схеме устройства.
Стоит отметить, что в таких устройствах, как радиоприемники и радиопередатчики, используется сразу несколько колебательных контуров. Для того чтобы настроить работу сразу нескольких частей, используют блоки конденсаторов. Один блок чаще всего состоит из двух, трех или более секций КПЕ.
Роторная часть для таких блоков обычно крепится на один общий вал для всех конденсаторов переменной емкости. Это делается для удобства, так как при вращении всего одного ротора появляется возможность изменения емкости сразу всех устройств, находящихся в этой секции.
Способ №1: Из ПЭВ резистора
Для такого паяльника вам понадобится старый резистор в керамической изоляции, который будет использоваться в качестве нагревательного элемента. Можно использовать резистор из старого электрооборудования, требуемые параметры рассчитываются по формуле: P = U2 /R,
Где P – мощность паяльника;
U – питающее напряжение;
R – омическое сопротивление резистора.
Такой самодельный паяльник рассчитан на работу от низкого напряжения в 12 или 24 В, что следует учитывать при расчете мощности устройства. Благодаря чему его можно запитать как от понижающего блока питания, так и от автомобильного аккумулятора. При необходимости, вы можете подобрать резистор и под напряжение питания сети 220 В, но в данном примере мы рассмотрим низковольтный вариант.
Помимо ПЭВ резистора для изготовления вам понадобятся кусочки текстолита, гетинакса или сухой древесины для изолирующей рукоятки, главное, чтобы они выдерживали высокие температуры. Два медных стержня различного диаметра для изготовления теплоприемника и паяльного жала. Соединительные провода или заводской блок питания на 12В. Также вам пригодятся элементы для фиксации, напильник, электролобзик, сверло, метчик, дрель.
Процесс изготовления паяльника состоит из таких этапов:
-
Для токоприемника выбирается медный стержень, который должен плотно входить во внутреннее отверстие резистора. От плотности будет зависеть качество теплопередачи от нагревателя к жалу паяльника.
Рис. 1: плотно входит в отверстие
Рис. 2: вкрутите в теплоприемник
Рис. 3: поместите шнур питания в рукоятку
Аккумуляторный паяльник готов, его можно использовать для пайки микросхем, электрических контактов автомобильной проводки и т.д. Если под рукой нет керамического резистора, можно изготовить паяльник из нихромовой проволоки.
Конструкция КПК
Для того чтобы изменить или определить емкость переменного конденсатора этого типа, необходимо вращать ротор. Если говорить о наиболее простой аппаратуре, то в ней чаще всего используется проволочный подстроечный конденсатор. Состоит данная деталь из отрезка медной проволоки диаметром 1-2 мм. Длина же этого элемента 15-20 мм. На проволоку очень плотно, виток к витку, наматывается изолированный провод диаметром 0,2-0,3 мм. Для того чтобы изменить емкость в данном устройстве, необходимо отматывать провод. Чтобы в это время не сползла обмотка с него, необходимо пропитать ее любым изоляционным составом.
Емкость сопротивления конденсатора в цепи переменного тока
Здесь важно отметить, что ток в цепи, в которой имеется конденсатор, может протекать лишь при условии, что будет изменяться приложенное напряжение. Также нужно понимать, что сила тока, который будет циркулировать в цепи, во время разряда и заряда этого элемента будет тем больше, чем больше емкость самого конденсатора, а также будет зависеть от скорости, с которой происходят изменения электродвижущей силы (ЭДС).
Еще одно свойство. Конденсатор с переменной емкостью, который включен в цепь именно с переменным током, будет являться для этой цепи сопротивлением. Другими словами, величина именно емкостного сопротивления будет тем меньше, чем больше будет значение самой емкости и чем выше будет частота действующего тока. Однако это утверждение справедливо лишь для цепи, в которой ток переменный. Емкость конденсатора равна бесконечности, то есть его сопротивление будет бесконечно, если разместить такой элемент в цепи с постоянным током.
Схема формовки электролитических конденсаторов
Определить необходимость в формовке конденсаторов просто: если ток утечки существенно повышен, или измеренная ёмкость значительно меньше обозначенного номинала, придётся делать прибор. Далее приведена схема устройства формовки электролитов с напряжением до 63 вольт. Трансформатор любой, с напряжением вторичной обмотки 40-50 вольт и током 100 мА, резистор R3 необходим для разрядки конденсатора, после завершения процесса формовки и отключения устройства от сети.
Формовку неполярных электролитов производят аналогично, но повторяют процесс для «обратного направления», то есть меняют полярность подключения конденсатора. Если конденсатор имеет очень большую утечку, его сначала надо подключить, соблюдая полярность, к источнику постоянного тока (лучше регулируемому) с напряжением не более 50% от номинального напряжения конденсатора через токо-ограничивающий резистор. Величина резистора особо не критична и выбирается исходя из тока утечки конденсатора, для низковольтных 5-20 кОм, для высоковольтных 20-100 кОм.
Формовка конденсаторов при полном рабочем напряжении может длиться от нескольких часов до нескольких суток.
Через пару часов на конденсатор подаётся напряжение 80% от номинального. Если всё нормально и температурный режим конденсатора в норме, то через несколько часов подаётся полное рабочее напряжение. Температурный режим конденсатора постоянно контролируется и контролируется прирост напряжения на конденсаторе цифровым вольтметром (по мере уменьшения тока утечки, напряжение на конденсаторе будет расти). Прирост напряжения идёт на конденсаторе медленно и измеряется в доли вольта (поэтому желателен цифровой вольтметр). Надо дождаться, когда прирост напряжения остановится и потом выключить.
Самодельный конденсатор переменной ёмкости
В последнее время становится всё сложнее приобрести конденсаторы переменной ёмкости. Я столкнулся с этой проблемой при создании магнитной антенны: вакуумные конденсаторы меня не устроили высокой стоимостью, б/у КПЕ не устроили ржавым внешним видом. Кроме того КПЕ из старых приёмников имеют небольшой зазор между пластинами и при использовании их в магнитных антеннах прошиваются высоким напряжением. Так я принял решение делать самодельный КПЕ. В интернете нашлось немало конструкций, но наиболее меня заинтересовала статья http://www.qsl.net/n4dfp/buildcaps.html. Собственно по этой статье и был сделан конденсатор с небольшими доработками.
Итак, первым делом был найден лист алюминия. Найден он был в магазине типа сделай сам в виде листа от бочки йогурта (толщина 0,3-0,4 мм). Из листа ножницами были вырезаны заготовки по чертежам:
Чертежи в формате SVG можно скачать по ссылке.
Всего было вырезано 17 заготовок пластин статора, и 16 — ротора. Все пластины были выпрямлены, потом в нужных местах были просверлены отверстия 6 мм под винты. Рекомендую сверлить однотипные заготовки разом, зажав их в тиски. После сверловки заготовки были зачищены от краски и защитного слоя (лист для йогурта был окрашен рекламными надписями с одной и пищевым слоем с другой стороны). В итоге получилась такая кучка заготовок:
Из пластмассы были вырезаны боковые стенки конденсатора размером примерно 100х70 мм.
Для скрепления пластин я использовал болты М6 длиной 110 мм, гайки М6 толщиной 4,5 мм, и шайбы.
Крепление пластин схематически показано на рисунке (вид сбоку):
Первая пластина статора крепится через 3-4 шайбы (в зависимости от их толщины), чтобы обеспечить необходимый зазор между пластинами ротора и статора, и зажимается гайками. Первая пластина ротора зажимается гайками с двух сторон, при этом между боковой стенкой и крепежом обеспечивается небольшой зазор, чтобы болт с пластинами ротора свободно вращался в отверстии.
На противоположной боковой стенке конденсатора необходимо реализовать токоприёмник и пружинный элемент. Я объединил две функции в одну с помощью изогнутой пластины из того же алюминиевого листа и наклейки из пенистого пластика:
После сборки окончательно выпрямляем пластины и добиваемся одинакового расстояния между пластинами при любых положениях ротора.
В итоге получился конденсатор с диапазоном изменения ёмкости 7-330 пФ. Стоимость материалов составила менее 10 долларов.
Чтобы быть всегда в курсе последних обновлений на сайте, подписывайтесь на наши паблики в социальных сетях:
Записки программиста
Самодельные КПЕ из фольгированного стеклотекстолита
Переменные конденсаторы, они же конденсаторы переменное емкости или КПЕ, используется во множестве устройств. Они нужны в генераторах, антенных тюнерах, некоторых видах антенн, и много где еще. Обратим внимание на тот факт, что в любительской радиосвязи, к примеру, трансивер может с легкостью выдавать 25 Вт или 100 Вт, максимально же разрешенная мощность составляет 1000 Вт. Понятно, что общедоступные маленькие КПЕ тут совершенно не годятся, а нужных для таких мощностей КПЕ в магазине вы попросту не найдете.
Подходящие большие КПЕ из старой радиоаппаратуры можно приобрести на Авито и досках объявлений радиолюбителей. Но цены там зачастую не низкие, к конденсаторам редко указывается их емкость, не представляется возможным найти два или более одинаковых конденсатора, плюс есть риски и неудобства, сопряженные с покупкой с рук. А между тем, изготовить переменный конденсатор в домашних условиях не так уж и трудно.
Идею я подсмотрел в статье Build Your Own Transmitting Air Variable Capacitors 2003-го года за авторством David Hammack, N4DFP. В своей статье Дэвид использует медные листы, которых у меня не оказалось. Но я прикинул, что с тем же успехом подойдет и медь на одностороннем фольгированном текстолите, которого у меня как раз в избытке. Почему бы не попробовать?
Сразу покажу, что у меня в итоге получилось. Вид спереди:
Конденсатор имеет пять прямоугольных пластин размером 20 x 50 x 1 мм, зафиксированных двумя длинными винтами M3. Пластины разделены гайками. Еще четыре пластины в форме полукруга с радиусом 25 мм крепятся на одном винте M3. Этот винт можно вращать при помощи ручки от потенциометра, которую я приклеил к винте при помощи эпоксидного клея. Все это хозяйство держится на каркасе из двух прямоугольных кусков листового пластика размером 30 x 50 мм. Для соединения с подвижными пластинами я использовал толстый медный провод, изогнутый в форме петли. Провод плотно прилегает к вращающемуся винту и закреплен на каркасе конденсатора с помощью термоклея. Капля припоя, которую можно видеть на втором фото, служит для ограничения углов поворота ручки. Понятно, что все работало бы и без нее. Но мне хотелось, чтобы ручка имела какие-то крайние полажения, а не просто крутилась во все стороны.
Fun fact! Текстолит толщиной 1 мм можно резать обычными ножницами для бумаги. А стоящая у меня на столе катушка припоя очень удачно оказалась диаметром именно 50 мм — по ней и обводил.
Емкость такой поделки меняется от 13 до 53 пФ. Увеличивая площадь пластин или их количество, можно получить хоть 1000 пФ. Не думаю, что кому-то могут понадобится подстроечные конденсаторы большей емкости. Но такой конденсатор будет не очень удобен, как из-за больших размеров, так и того факта, что небольшой поворот ручки будет приводить к сильному изменению емкости.
Возможное решение заключается в том, чтобы использовать описанный выше конденсатор только для точной подстройки, а для грубой подстройки использовать конденсаторы фиксированной емкости. Последние можно соединять параллельно при помощи переключения тумблеров с двумя контактными группами.
Пример самодельного конденсатора фиксированной емкости:
Конденсатор состоит из шести пластин 25 x 50 мм. Пластины были склеены при помощи эпоксидного клея. Все четные пластины соединены между собой, и аналогично соединены все нечетные. Емкость конденсатора составляет 270 пФ. Практическая ценность таких конденсаторов, по-видимому, не очень высока, поскольку высоковольтные керамические конденсаторы фиксированной емкости легко доступны и стоят недорого. Тем не менее, давайте рассмотрим и их тоже, на случай, если когда-нибудь понадобится работать с очень высокими напряжениями.
Fun fact! Альтернативный способ изготовления конденсатора фиксированной емкости заключается в том, чтобы просто взять кусок коаксиального кабеля. Типичный кабель RG58 обладает погонной емкостью около 100 пФ на один метр.
Зависимость емкости конденсатора от числа пластин выглядит следующим образом:
Можно заметить, что емкость растет пропорционально количеству слоев диэлектрика с точностью до ошибки измерения, что соответствует теории. Используя первую строчку, ради интереса можно посчитать диэлектрическую проницаемость используемого текстолита:
Это сходится с ожидаемым значением от 4.4 до 4.7.
На StackExchange подсказывают, что чтобы пробить подобные конденсаторы, нужно по крайней мере 3 кВ на 1 мм расстояния между пластинами — это в предположении, что ток пойдет по воздуху. Для надежности, рекомендуется использовать в качестве максимального напряжения половину от этого значения. Напряжение пробоя можно увеличить, увеличивая расстояние между пластинами. Но, как видно из приведенной выше формулы, в этом случае пострадает емкость, и придется увеличивать площадь и/или количество пластин. Более практичное решение заключается в том, чтобы вытравить 3 мм меди по границе пластин. Тогда напряжение пробоя составит порядка 20 кВ — напряжение пробоя 1 мм текстолита или 7 мм воздуха.
Каково будет максимальное напряжение на конденсаторе зависит от цепи, в которой планируется его использовать. Это нужно каждый раз моделировать или считать. Но чтобы оно превысило безопасные 10-15 кВ, придется постараться. В этом случае всегда можно просто увеличить расстояние между пластинами и использовать более толстый текстолит.
Fun fact! Само собой разумеется, ничто не мешает делегировать изготовление компонентов конденсатора вашему любимому производителю печатных плат.
Как видите, все оказалось достаточно просто. Очевидные плюсы самодельных КПЕ — низкая стоимость и доступность. Можно сделать сколько угодно ровно таких конденсаторов, каких нужно. Что же до времени, которое потребуется на изготовление конденсатора, я думаю, оно сопоставимо со временем, которое вы потратите на поиск готового, а также на переговоры с его продавцом.
Дополнение: Листовой алюминий, вероятно, будет более подходящим материалом для самодельных КПЕ, чем стеклотектолит. Также вас может заинтересовать пост Самодельный вариометр из клея-карандаша.
Вы можете прислать свой комментарий мне на почту, или воспользоваться комментариями в Telegram-группе.