Конденсатор переменной емкости своими руками чертеж
При изготовлении лампового усилителя мощности для любительской радиостанции, особенно если это радиостанция первой категории, одной из основных трудностей является приобретение КПЕ с большим зазором между пластинами ротора и статора. Промышленностью такие конденсаторы, если и выпускались, то в ограниченных количествах, и в розничную продажу они не поступали. Оставался один путь — использовать конденсатор от списанной передающей аппаратуры, которой тоже крайне мало, а желающих получить такой конденсатор гораздо больше.
Автор статьи предлагает технологию самостоятельного изготовления конденсатора, позволяющую получить его параметры такими, какие требуются для конкретного усилителя мощности.
На Черкесской городской станции юных техников, где автор на протяжении 30 лет руководит радиокружками, по описанному ниже способу было изготовлено шесть таких конденсаторов. Процесс изготовления КПЕ довольно трудоемкий, но не сложный. Необходимую точность изготовления обеспечила специальная технология с применением простейших станков, которыми оборудованы большинство школ и СЮТ, —токарного и фрезерного. Можно обойтись даже одним токарным станком, правда, в этом случае резко возрастет доля ручной слесарной работы.
Начинать работу следует с определения основных параметров конденсатора: зазора между пластинами ротора и статора, допустимых габаритов и его максимальной емкости.
Зададим минимально возможный зазор между пластинами 2 мм, так как оконечный каскад питается напряжением 2000 В, а расстояние между пластинами переменного конденсатора, согласно [1], должно быть 0.7. 1 мм на каждую тысячу вольт.
Габариты конденсатора определяет наличие свободного пространства в усилителе, но следует учесть, что конденсатор с одинаковыми параметрами можно изготовить с пластинами большой площади, тогда длина его будет меньше, или увеличить (в разумных пределах) его длину и уменьшить площадь пластин. Длину оси ротора конденсатора выбираем 180 мм. Детали большей длины с посадочными местами под подшипники и токосъемники обработать с необходимой точностью на указанных выше станках без применения люнетов (приспособление на металлорежущих станках, служащее дополнительной опорой при обработке длинных деталей.) затруднительно. На установку подшипников, токосъемников и ручки управления отведем 60 мм. Для пакета пластин ротора остается 120 мм (размеры ориентировочные).
Все пластины конденсатора вырезаем из одного и того же листа материала, например, алюминиевого сплава Д16Т толщиной 0,7 мм. Это обеспечит точность зазора между пластинами ротора и статора.
Поскольку зазор между пластинами конденсатора выбран 2 мм, то расстояние между пластинами статора должно быть в два раза больше плюс толщина материала пластины. В нашем случае — 4,7 мм. Естественно, что между пластинами ротора должно быть точно такое же расстояние.
Чтобы определить число пластин ротора, следует разделить длину пакета ротора на расстояние между пластинами плюс толщина пластины: 120/(4,7+0,7)«22. Число статорных пластин на одну больше — 23.
Традиционный способ сборки пластин статора на двух шпильках с прокладкой между пластинами калиброванных шайб (рис. 1) обеспечит зазоры между пластинами с достаточной точностью. Внешний диаметр калиброванных шайб — 9 мм.
Для расчета максимальной емкости КПЕ воспользуемся формулой из [2], которая для прямоемкостного конденсатора с углом поворота 180° (рис. 2) имеет вид:
Cv = 0,14(R2-r2)(n-1)/d , где Cv — емкость конденсатора, пФ; R — радиус роторной пластины, см; г — радиус выреза в статорной пластине, см (он равен радиусу калиброванной шайбы плюс расстояние между пластинами плюс 0,5 мм, в нашем случае г будет равен 4,5+2,5=7 мм); п — число пластин в конденсаторе; d — расстояние между пластинами конденсатора, см.
Подставляя в эту формулу различные значения R, вычислим, при каком его значении получится нужная емкость. Так как придется сделать несколько подсчетов при разных радиусах, удобнее воспользоваться компьютером и программой, написанной на Бейсике:
20 INPUT»Радиус роторной пластины в см. R=»; R
40 INPUT»Радиус выреза в статорной пластине в см. г =»;R1
60 INPUT»Расстояние между пластинами в см. d = «; D
80 INPUT «Число пластин n = «; N
100 С = 0.14* ((R»2 — R1″2)* (N-1))/ D
110 PRINT «Максимальная емкость переменного конденсатора С =»;С;»пФ»
130 INPUT» Продолжить — 1; Закончить — 2″; А
140 IF A=1 THEN 20
После введения наших данных (R = 3 см; г = 0,7 см; d = 0,2 см; п = 45) максимальная емкость конденсатора получилась 262 пф. Ее не хватает только для диапазона 1,8 МГц. Если увеличить R до 4 см, емкость конденсатора будет 477 пф, что вполне достаточно. Однако размеры конденсатора увеличатся, что не предусмотрено имеющимся свободным объемом.
Для изготовления деталей конденсатора, статорных и роторных пластин, для сверления в них отверстий требуется сделать кондуктор. Он состоит из двух одинаковых деталей (рис. 3): одной — стальной, другой — из сплава Д16Т (обе толщиной 4 мм). Разметку деталей следует делать острой чертилкой, стремясь к максимальной точности. На-кернить, при необходимости используя лупу. Сверлить отверстия необходимо одновременно в обеих деталях, зажав пакет ручными тисками (струбциной).
Первоначально сверлим установочные отверстия 1 диаметром 2,5 мм, затем через эти отверстия стягиваем пакет двумя винтами М2,5 с гайками. Винты (рис. 4) вытачиваем на токарном станке, причем та их часть, где нет резьбы, должна иметь диаметр, позволяющий винтам легко, но без люфта, входить в отверстия 1. Затем сверлим остальные отверстия.
Отверстие 2 в центре пластин кондуктора необходимо для центрирования пакета в патроне токарного станка. Отверстия 3 и 4 нужно просверлить как можно точнее. Сначала сверлом диаметром 1. 1,5 мм по месту кернения сделать заход на глубину 2 мм, затем отверстия сверлить насквозь сверлами с постепенно увеличивающимся диаметром (например, 2,5; 4; 6 мм). Кроме отверстий, в кондукторе следует сделать боковой пропил на глубину 2. 3 мм для ориентировки пластин при сборке статора.
С помощью кондуктора заготавливаем технологические пластины размерами 70×70 мм, по две штуки для статора и ротора. Материал — сплав Д16Т или стеклотекстолит толщиной 2,5—3 мм. Для изготовления технологических пластин для статора нужно выточить два винта (рис. 4), но длину нерезьбовой части увеличить на толщину технологической пластины. Совместив стальную пластину кондуктора (см. рис. 3) и технологическую пластину, пакет зажать ручными тисками и сверлить по кондуктору установочные отверстия 1. Снизу наложить вторую пластину кондуктора, совместив ориентировочные пропилы, и стянуть пакет через отверстия 1 заготовленными винтами. Просверлить остальные отверстия, кроме отверстия 4, за один проход, используя сверла конечного диаметра (кондуктор обеспечит необходимую точность). Сделать ориентировочный боковой пропил. Аналогично изготовить вторую технологическую пластину статора.
Технологические пластины ротора изготовить таким же способом, но только с отверстиями 1, 2, 4.
Заготовки для роторных и статорных пластин имеют размеры, равные размерам кондуктора с допуском ±1 мм. Их следует вырезать с помощью резака, так как ножницы по металлу деформируют материал. Число заготовок, согласно расчету, плюс 2—4 штуки. Используя стальную пластину кондуктора и ручные тиски (струбцину), во всех заготовках просверлить отверстия 1. После этого из заготовок собрать пакеты толщиной до 3 мм. Сверху и снизу пакета установить пластины кондуктора, совместив их ориентировочные пропилы. Пакет стянуть через отверстия 1 изготовленными ранее винтами. Через стальную пластину кондуктора просверлить за один проход отверстия: в пластинах статора — все, кроме 2 и 4 (см. рис. 3); в пластинах ротора — только отверстие 4. Сделать ориентировочный пропил.
Острым ножом или сверлом большого диаметра (вручную) убрать заусенцы вокруг отверстий. Заусенцы по краям пластин убрать напильником. Следить за тем, чтобы случайно не погнуть пластины во время работы.
Для изготовления статорных пластин собрать пакет из нужного числа заготовок и двух технологических пластин, которые установить по краям набора. Все ориентировочные пропилы совместить. Пакет туго стянуть четырьмя винтами (рис. 5). Длина нерезьбовой части винтов должна быть равна толщине набора, а ее диаметр должен быть таким, чтобы без заметного люфта входить в просверленные отверстия в пластинах. Так как все отверстия сверлили с помощью кондуктора и ориентация пластин сохранена, пакет собирается без проблем с первого раза.
Пакет установить и отцентровать в патроне токарного станка. Допустимое биение — 0,2 мм. Биений в плоскости пластин также не должно быть заметно. Просверлить в центре пакета отверстие диаметром 8. 9 мм и довести его диаметр до 2г расточным резцом (см. рис. 2).
Симметрично обрезать края пакета на фрезерном станке до размеров 60×60 мм, и дисковой фрезой толщиной 2 мм точно через центр разрезать пакет по длине пополам. На обрезанном пакете сделать ориентировочный пропил. Убрать стягивающие винты и снять заусенцы по периметру пластин, чтобы в дальнейшем избежать электрического пробоя. Вторая половина пакета может пригодиться для изготовления другого конденсатора. Ориентировочные пропилы на второй половине необходимо сместить к центру, чтобы при сборке не путать пластины из разных половин. Можно обрезать пакет с определенным запасом ножовкой по металлу, а доводку до нужного размера сделать напильником.
Заготовки роторных пластин собрать в пакет аналогично статорному. Стягивающий винт в этом случае только один, пропущенный через отверстие 4. Пластины выровнять по ориентировочному пропилу. Пакет установить в патроне токарного станка и отцентровать. В центре пакета просверлить осевое отверстие диаметром 6 мм. Проследить, чтобы при заходе сверло «не било».
Выточить стальной винт (рис. 6), на котором будет обрабатываться пакет. При изготовлении винта и обработке пакета использовать центр задней бабки станка. Не вынимая из патрона изготовленный винт, надеть на него пакет и туго притянуть его двумя гайками. Обработать пакет до диаметра 60 мм и снять его вместе с центральным винтом. Стягивающий винт удалить.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бунин С.Г., Яйленко Л. П. Справочник радиолюбителя—коротковолновика. — Киев: Техника, 1978.
2. Фролов Л. Р. Радиодетали и узлы. — М.: Выпшая школя. 197FJ.
Источник
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 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.
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 25 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.
Источник
