|
| |
 |
Главная » Мануалы 1 ... 10 11 12 13 14 15 16 ... 33
зультатами расчета по формуле (2-3), т. е. величиной допускаемого тока. При изменении номинальных емкости, напряжения и реактивной мощности результаты будут соответственно изменяться. В данном (частном) случае при номинальном рабочем напряжении 2000 в постоянного тока и частоте 1000 гц допустимо амплитудное значение напряжения не более 400 в, а при частоте 10 Мгц - не более 8,9 е. Аналогично рассчитываются конденсаторы КСГ и СМГ. Слюдяные конденсаторы с большой реактивной мощностью, широко применявшиеся в радиопередающей аппаратуре и в контурах электротермических устройств, в настоящее время применяются уже редко. Это обусловлено тем, что в контурах мощных длинноволновых радиостанций они заменяются газонаполненными конденсаторами, а в контурах коротковолновых передатчиков и в высокочастотных электротермических устройствах - вакуумными и керамическими конденсаторами. Применяются слюдяные мощные конденсаторы сейчас только в некоторых видах радиолокационной аппаратуры. Расчет слюдяных контурных конденсаторов рассмотрен в статье М. А. Жилинского. § 10. КЕРАМИЧЕСКИЕ КОНДЕНСАТОРЫ При расчете керамических конденсаторов необходимо прежде всего установить эксплуатационные требования к температурной стабильности емкости, рабочему напряжению, силе и частоте тока, рабочей температуре, предельной влажности воздуха, а также требования в отношении Результаты расчета допускаемых значении амплитуды переменного напряжения в широком интервале частот для конденсатора типа КСО-8, 4000 пф, 2000 в Высокочастотные конденсаторные керамические материалы
Низкочастотные конденсаторные керамические материалы
надежности. Исходя из этих данных, выбирается материал диэлектрика (вид керамики), оптимальная конструкция и определяются геометрические размеры - площадь электродов, толщина стенки, разрядные промежутки, число элементов в случае многослойных конденсаторов или конденсаторов-блоков. В зависимости от материала и конструкции керамические конденсаторы классифицируются следующим образом: 1.По частотному диапазону: а) высокочастотные, изготовляемые из керамики с очень малыми диэлектрическими потерями и заданным температурным коэффициентом диэлектрической проницаемости (ТКе); б) низкочастотные, изготовляемые из керамики с очень высокой диэлектрической проницаемостью. 2. По величине рабочего напряжения: а) низкого напряжения; б) высокого напряжения. 3. По конструкции: а) постоянной емкости - трубчатые открытого типа и герметизированные, пластинчатые однослойные и многослойные, рулонные, многосекционные, стержневые, боче-ночные, кольцевые, горшковые, проходные, опорные; б) подстроечные - плоские и цилиндрические. Боченочные, стержневые, кольцевые и горшковые конденсаторы выполняются только на высокие напряжения, а многослойные, многосекционные и герметизированные - только на низкие. В табл. 12 и 13 приведена классификация керамических материалов, применяемых для изготовления конденсаторов различных типов. Керамические конденсаторы низкого напряжения Для низкочастотных конденсаторов, как видно из табл. 12 и 13, допускается значительно большее изменение емкости в интервале рабочих температур, чем для конденсаторов высокочастотных. Изменение емкости высокочастотного конденсатора в том или ином интервале рабочих температур подсчитывается по формуле ТКЕ = Если принять, что среднее значение 128 ТКЕ конденсаторов из рутиловой - керамики в интервале температур 20-80° С составляет 750 10 * градг^, то изменение емкости 100 = -60 100 750 - 10- = -4,5%. ТКЕ керамического конденсатора, предназначаемого в качестве контурного, регламентируется более жестко, чем, например, высокочастотного разделительного конденсатора. Температурный коэффициент емкости конденсатора в первом приближении связан с особенностями материала диэлектрика и электродов следующим образом: ТКЕ ; ТКе + 2аз - ад, . (2-4) где аэ и Од - соответственно коэффициенты линейного расширения материала электродов и диэлектрика; ТКе - температурный коэффициент диэлектрической проницаемости. Электроды керамических конденсаторов, закрепляемые на поверхности керамики вжиганием, настолько прочно сцеплены с диэлектриком, что можно принять = Од, тогда ТКЕ = ТКе + ад. (2-5) Поскольку температурный коэффициент линейного расширения керамических диэлектриков мал (обычно находится в пределах 6 \0г^ - 10-10 *), то для конденсаторов с абсолютным значением ТКЕ, превышающим 30 \0г^, принимается ТКЕ := ТКе. Как правило, изменение емкости керамических конденсаторов с температурой является заданной величиной, оговариваемой Потребителем при оформлении заказа на данную партию изделий. Однако требования к ТКЕ конденсатора не всегда однозначно предопределяют выбор керамического материала. Так, например, при повышенных напряженностях электрического поля для изготовления конденсаторов группы М 750 категории 1 (интервал рабочих температур от - 60 до + 155° С по ГОСТ 7159-61) следует применять керамику на основе титаната циркония, а для изготовления конденсаторов той же группы, но категории 3 (интервал температур от - 60 до + 85° С), - рутиловую керамику. ЕмЬ/т Допускаемая напряженность электрического поля для трубчатых и дисковых керамических конденсаторов в зависимости от температуры устанавливается согласно данным рис. 62. Из этого рисунка видно, что каждый материал характеризуется критической температурой, выше которой рабочая напряженность поля резко снижается. Толщина стенки конденсатора на участке кривой, где напряженность поля зависит от температуры, определяется химической формой пробоя (электровосстановительные процессы в диэлектрике, миграция металла из электрода в диэлектрик). Из рис. 63 видно, что значение градиента постоянного электрического поля керамических конденсаторов зависит не только от окружающей температуры, но и от относительной влажности воздуха. Длительное воздействие высокой влажности и конденсация влаги на поверхности конденсатора практически могут наблюдаться в условиях субтропического и тропического климата. Эксплуатационная надежность конденсаторов открытого типа в условиях высокой влажности повышается, если электроды выполнены из палладия или платины. Герметизированные конденсаторы с серебряными электродами могут использоваться в условиях высокой влажности без снижения градиента электрического поля. Однако следует учитывать, что герметизированные конденсаторы отличаются более сложной технологией, чем конденсаторы открытого типа. При форсированных эксплуатационных режимах (высокая рабочая температура, высокая относительная влажность воздуха), как следует из рис. 62 и 63, особенно невыгодны конденсаторы из рутиловой керамики. Ввиду недефицит- ЮО 150 200 \Х Рис. 62. Кривые зависимости допускаемой напряженности электриче-ского поля от температуры для конденсаторов типов КТК и как с серебряными обкладками и тремя разными диэлектриками: / - рутиловая керамика Т-80; 2 - титано-циркониевая керамика Т-40; S - беститановая керамика (корундовая, станнатная или цирконатовая). йО 60 70 80 SO 00 Рис. 63. Кривые зависимости допускаемой напряженности электрического поля от относительной - влажности воздуха для конденсаторов типа КТК и КДК с серебряными обкладками и двумя разными диэлектриками: /- беститановая керамика; 2 - рутнловая керамика Т-80 Постоянное напряжение. ности сырья и простоты технологии рутиловая керамика все же широко используется для изготовления конденсаторов, предназначаемых для менее жестких эксплуатационных условий. Емкость керамических конденсаторов после воздействия температурных циклов изменяется в пределах погрешности определения малых изменений емкости, а потому, в отличие от слюдяных и ряда других конденсаторов, трудно говорить о необратимом изменении их емкости. Однако при определенных градиентах электрического поля в конденсаторах, вполне удовлетюряющих требованиям в отношении цикличности, обнаруживается эффект мерцания. Этот эффект проявляется в том, что в приемной аппаратуре высокого класса возникают шумы и трески, а в генераторе, в контур которого включен мерцающий конденсатор, возникают неожиданные скачки частоты, достигающие 10-100 гц и более. Явление мерцания не связано с процессами в диэлектрике и обусловливается дефектами тонкого серебряного слоя. Эффект мерцания наблюдается в конденсаторах самых различных типов - слюдяных, стеклоэмалевых и других, имеющих в качестве электродов металлический слой, нанесенный вжиганием Или распылением. Явление мерцания отсутствует у конденсаторов со сплошными электродами из фольги. При осмотре посеребренной поверхности керамики с помощью микроскопа, а иногда и невооруженным глазом, обнаруживаются участки малой толщины с обособленными частицами металла. В связи с процессами автоэлектронной эмиссии, электрическое сопротивление этих участков непостоянно, что является причиной хаотичности явления в целом. Эффект мерцания вызывает также увеличение tg6. Из рис. 64 видно, что при существующем способе серебрения трубчатых керамических конденсаторов процесс мерцания наблюдается при очень малой напряженности высокочастотного поля. Поэтому при жестких требованиях к стабильности емкости конденсатора необходимо применять специальные конструкции конденсаторов, рассчитанные на напряженности поля, отвечающие данным рис. 64-, т. е. не пре- вышающие 100-200 в1мм высокой частоты. При малых значениях емкости целесообразно использовать дисковые конденсаторы взамен трубчатых. Металлизация с четким ровным краем может быть осуществлена в этом случае  сравнительно просто, а напряженность поля на зазоре меньше, в связи с большой толщиной диэлектрика. С точки зрения конструктивного оформления и в тесной связи с технологией изготовления можно выделить четыре основных типа керамических конденсаторов постоянной емкости. 1. Трубчатый конденсатор, получаемый протяжкой заготовок через мундштук (КТ - керамический трубчатый, КТМ - керамический трубчатый малогабаритный). 2. Плоский конденсатор, однослойный или многослойный, получаемый прессованием, штампованием или литьем пленки (КД - керамический дисковый, КП - керамический пластинчатый, КПС - керамический пластинчатый сегнетоэлектрический, КПМ - керамический пластинчатый малогабаритный). 3. Монолитный конденсатор, плоский или рулонный, получаемый литьем пленки с последующим нанесением на эту пленку палладиевой пасты и обжигом пакета при высоких температурах (КМ - керамический монолитный). 4. Многосекционный, конденсатор, получаемый горячим литьем заготовок (КЛС - керамический литой секционный). Применение этих четырех конструкций конденсаторов объясняется разными их показателями в отношении удельной емкости, величины рабочего напряжения, эксплуатационной надежности. Как видно из табл. 14, наиболее высокой удельной емкостью отличаются монолитные конденсаторы, наиболее высоким рабочим напряжением - конденсаторы трубчатые типа КТ и дисковые (пластинчатые) типа КД. Эксплуатационная надежность оценивается значением интенсивности отказов X, устанавливаемой для каждого типа и вида конденсаторов применительно к тому или иному эксплуатационному режиму [см. формулу (1-3)]. огз 0.50 0.75 а.ш Рис. 64. Кривая зависимости относк- тельного количества брака по мерцанию в партии конденсаторов типа КТК группы № 750 от толщины стенки и напряженности поля. Справа - экви валентная схема мерцающего конденсатора Основные характеристики керамических конденсаторов низкого напряжения
При рабочей температуре 85° С и напряжении 500 в интенсивность отказов для конденсаторов КТ-1 группы М750 составляет 0,2 10 чг. Для конденсаторов группы МПО или П120 величина к значительно меньше. Толщина стенки керамических конденсаторов низкого напряжения зависит не только от кратковременной, но и от долговременной электрической прочности, от интенсивности процессов старения керамики. Вместе с тем толщина стенки ограничена технологическими возможностями и механической прочностью керамики. При уменьшении толщины стенки трубчатых конденсаторов, изготовляемых протяжкой через мундштук, ниже определенного предела увеличивается их овальность. Этот дефект проявляется тем больше, чем больше диаметр трубчатого конденсатора. Так, например, трубчатый конденсатор диаметром 6 мм должен иметь стенку не тоньше О, 5 мм, а конденсатор диаметром 4 мм может иметь стенку толщиной 0,25 мм. Диаметр дисковых конденсаторов низкого напряжения, изготовляемых прессованием или штампованием, также ограничен, так как при чрезмерном его увеличении, но при неизменной толщине стенки, снижается механическая прочность, а также затрудняется получение заготовок с плоскопараллельными торцами ввиду деформации при обжиге. Удельная емкость высокочастотных керамических конденсаторов низкого напряжения в зависимости от конструкции и материала диэлектрика находится в пределах от 50 до 15 ООО пф/м^; для низкочастотных конденсаторов, изготовляемых из керамики с очень высокой диэлектриче- ской проницаемостью, предельное значение удельной емкости составляет 500 ООО пф/см. Тонкостенные конденсаторы трубчатой конфигурации, несмотря на наличие сквозного канала, не заполненного диэлектриком, обладают удельной емкостью более высокой, чем одинарные дисковые. Рассмотрим в качестве примера данные об удельной емкости однослойных керамических конденсаторов, диэлектриком которых служат материалы с е = 7 и е = 150. Для пластинчатой конфигурации [см. формулу (1-192)]: Суд1 = 8,85 . 10-2 62 пф/смР; Суда = 8,85 10-2 1330 пф/см\ * для трубчатой конфигурации соответственно 160 и 3200 пф/см. Изменение толщины диэлектрика в большей степени сказывается на удельном значении емкости плоских конденсаторов, так как объем трубчатых конденсаторов определяется не толщиной, а наружным диаметром трубки. Концентрическое расположение трубчатых конденсаторов мало сказывается на удельной емкости, так как с увеличением диаметра трубки приходится увеличивать толщину стенки. Многослойные плоские конденсаторы имеют очень большую удельную емкость - до 8000 пф1см для рутиловой керамики (е = 75), до 0,25 мкф/см для сегнетокера-мики (е = 4000). Многослойные пленочные и монолитные конденсаторы отличаются очень малой толщиной стенки - 0,1 0,2 мм. Для самых различных типов и конструкций керамических конденсаторов общими элементами являются: материал диэлектрика - высокочастотная или низкочастотная конденсаторная керамика; материал электрода - серебро, палладий; электрические контакты - выюды из медной обл уженной проволоки диаметром 0,4-0,8 мм или специальная арматура (лепестки, гайки, втулки), которая паяется при помощи свинцово-оловянного припоя с добавкой серебра. Защитное покрытие, как правило,- глифтале-масляные эмали или специальные компаунды. Площадь серебрения конденсаторов устанавливается в зависимости от номинала емкости, толщины стенки и диэлектрической проницаемости материала. Краевую емкость в плоском конденсаторе, у которого площадь электрода совпадает с площадью диэлектрика, можно учесть формулой (1-58). 1 ... 10 11 12 13 14 15 16 ... 33 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||