СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕМКОСТИ ЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА Российский патент 1995 года по МПК H01C7/00 

Изобретение относится к электроэлементной базе электро-, радио- и импульсной техники.

Известен способ, при котором требуемую емкость заряда конденсатора достигают выбором площади параллельных друг другу токопроводящих пластин, расстояния между ними и диэлектрика, размещаемого между пластинами. Такой способ реализован в конденсаторах постоянной емкости.

Однако при массовом производстве отклонения номиналов конденсаторов постоянной емкости из-за ряда факторов (ограничения по точности, неоднородности пластин, неоднородность диэлектрика и т.п.) составляют 5-30% и более.

Известен также способ, при котором регулирование емкости в заданном диапазоне производят за счет механического воздействия на подвижную или группу подвижных пластин, путем их перемещения относительно неподвижной или группы неподвижных пластин, при этом достигают одновременного изменения расстояния между пластинами, толщины диэлектрика между пластинами. По достижении требуемого значения емкости положение пластин фиксируют. Этот способ реализован в подстроечных конденсаторах и конденсаторах переменной емкости.

Основными недостатками подстроечных конденсаторов являются сложность конструкции и необходимость расхода дорогостоящих материалов и драгоценных металлов при изготовлении.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является способ, реализованный в конденсаторах переменной емкости с воздушным диэлектриком, при котором установку требуемой величины емкости в заданном диапазоне значений производят механическим перемешиванием подвижной, подвижных пластин относительно неподвижной, неподвижных, при этом достигают одновременного изменения расстояния между пластинами, толщины воздушного диэлектрика и площади, причем максимальную емкость получают при полном вдвижении пластин, а минимальную при полном выводе пластин, максимальном расстоянии между пластинами и наибольшей толщине слоя воздуха.

Основным недостатком способа является наличие передачи механического воздействия на подвижные пластины. Поэтому устройства, его реализующие, отличаются высокой металлоемкостью, сложностью конструкции, они трудно миниатюризуемы. Это приводит к ограниченному их применению в качестве конденсаторов постоянной емкости.

Целью предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей конденсаторов широкого применения за счет совмещения свойств конденсаторов постоянной и переменной емкости.

Для этого в известном способе регулирования емкости заряда конденсатора, включающем установку требуемой величины емкости в заданном диапазоне значений, в диэлектрике между неподвижными обкладками конденсатора создают непрерывно действующее электрическое поле, увеличением или уменьшением его напряженности изменяют емкость конденсатора, причем максимальную емкость устанавливают при минимальной, а минимальную при максимальной напряженности этого поля, по достижении требуемого значения емкости напряженность поля сохраняют неизменной.

С целью создания электрического поля в диэлектрике между обкладками конденсатора часть среды выполняют токопроводящей, связывают ее с источником электрического тока и, увеличивая или уменьшая напряжение источника, повышают или уменьшают потенциал токопроводящей среды.

С целью создания статического электрического поля токопроводящую среду связывают с источником постоянного тока.

На фиг.1 представлена схема реализации предлагаемого способа; на фиг.2а и б устройство, реализующее способ, и его электрическая схема.

Реализацию способа рассмотрим на примере.

П р и м е р. Пусть между обкладками 1 и 2 конденсатора С (фиг.1) в точках плоскости А-А создан потенциал ϕ. Причем этот потенциал можно изменять в диапазоне ϕ_мин ϕ_макс так, что ϕ_мин 0, а ϕ_макс > 0.

При ϕ > 0 между плоскостью А-А, ее точками и обкладками 1 и 2 действует электрическое поле напряженности > 0, что приводит к накапливанию некоторого количества свободных электронов на этих обкладках, которое по величине имеет значение q(ϕ). Если конденсатор может накопить Q зарядов, то при воздействии , вызванном ϕ_макс > 0, количество накопленных зарядов составит
Q Q-q(ϕ_макс) (1)
Следовательно, емкость С уменьшается на величину q(ϕ_макс) > 0.

При ϕ_макс > ϕ₁ > ϕ₂ > > ϕ_мин, Е_макс > >Е₁ > Е₂ > > Е_мин и q(ϕ_макс) > q(ϕ₁) > q(ϕ₂) > > > q(ϕ_мин) соответственно (1)
Q(E_мин) > > Q(E₂₎ > Q(E₁) > Q(E_макс). (2)
Из формулы (2) вытекает, что при нарастании потенциала ϕ емкость конденсатора С уменьшается. Плавным изменением в диапазоне ϕ_мин- ϕ_максустанавливают значение емкости конденсатора С в диапазоне Q(E_мин)-Q(E_макс), т. е. в пределах С_макс-С_мин. Фиксируя ϕ_макс ≥ϕ >ϕ_мин, фиксируют Е_макс≥ ≥ Е > Е_мин и С_мин ≅ С < С_макс. Заряд и разряд конденсатора емкости С_макс > С ≥ С_мин осуществляют при непрерывном воздействии электрического поля, вызванного ϕ_макс > ϕ≥ ≥ ϕ_мин.

Требуемый потенциал в точках плоскости А-А можно создать за счет размещения в пространстве диэлектрика между обкладками конденсатора токопроводящей среды, подключенной к источнику постоянного тока, причем, изменения напряженности поля, создаваемого потенциалом ϕ токопроводящей среды, достигают изменением выходного напряжения этого источника.

Способ реализуется специальным конденсатором, например, с воздушным диэлектриком.

Известен конденсатор постоянной емкости, включающий разделенные воздухом и обращенные плоскостями друг к другу две параллельные неподвижные токопроводящие пластины и обкладки, каждая из которых имеет токопроводящий вывод.

Однако для такого конденсатора практически невозможно осуществить изменение емкости его заряда без нарушения конструктивных элементов, а при массовом производстве происходит уход от номинала более чем на 30%
С целью расширения функциональных возможностей в конденсатор, включающий разделенные воздухом и обращенные плоскостями друг к другу две параллельные неподвижные токопроводящие пластины и обкладки, каждая из которых имеет токопроводящий вывод, в пространство между пластинами введены параллельные друг другу, расположенные на равном расстоянии друг от друга и от внутренних поверхностей пластин по всей их протяженности оголенные проводники, причем на входе и выходе в это пространство они закреплены в изоляторах, жестко связанных с обкладками, входы проводников перед первым изолятором имеют общий ввод, связанный с регулируемым напряжением от источника постоянного тока, выходы проводников закреплены изолированно в другом изоляторе.

На фиг. 2а представлен конденсатор с регулируемой емкостью, включающий две параллельные токопроводящие пластины 3 с токопроводящими выводами 4, изоляторы, жестко связанные с пластинами 3, оголенные проводники 5, выходы которых закреплены в изоляторе, а входы электрически связаны с общим вводом 6, который электрически связан с выводом 7 источника постоянного тока (фиг. 2б).

Предварительно оценивают пределы изменения емкости конденсатора С. Для этого движок переменного сопротивления R перемещают влево (фиг.2б) и измеряют С_макс. После этого движок потенциометра R перемещают вправо и измеряют С_мин. При использовании конденсатора в качестве переменного его через выводы 4 включают в цепь заряда, разряда, а величину емкости в диапазоне С_мин-С_макс регулируют переменным сопротивлением R. Перед использованием его в качестве конденсатора постоянной емкости при помощи переменного сопротивления устанавливают такую напряженность электрического поля, при которой устанавливается требуемое значение С (С_макс > С ≥ С_мин). После этого положение движка переменного сопротивления R фиксируют, а конденсатор включают в цепь заряда, разряда при помощи выводов 4.

Реализация способа обеспечивает совмещение свойств конденсаторов переменной и постоянной емкости.

По сравнению с известными конденсаторами переменной емкости предлагаемый конденсатор менее металлоемок, поддается миниатюризации, прост в изготовлении, монтаже и механизме настройки.

Предлагаемый способ обеспечивает условия сокращения выпускаемых промышленностью номенклатур конденсаторов постоянной и переменной емкости и открывает возможность разработки семейства устройств, обладающих новыми полезными свойствами.

Кроме того, способ не требует существенной перестройки технологических процессов для массового производства на существующих линиях изготовления конденсаторов постоянной емкости.

Использование: изобретение относится к радиоэлектронной промышленности и может быть использовано при изготовлении конденсаторов. Сущность изобретения: в известном способе регулирования емкости заряда конденсатора, включающем изменение емкости до заданной величины, в диэлектрике между обкладками конденсатора создают дополнительное непрерывно действующее электрическое поле, а изменение емкости осуществляют уменьшением или увеличением напряженности поля, при этом по достижении заданной величины емкости напряженность поля сохраняют неизменной. Дополнительное электрическое поле создают выполнением части среды между обкладками конденсатора токопроводящей путем введения в пространство между обкладками дополнительного проводящего электрода, который соединяют с источником регулярного электрического поля для повышения или уменьшения потенциала токопроводящей среды, причем дополнительное поле создают в виде электрического поля путем соединения дополнительного проводящего электрода с источником постоянного тока. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ЕМКОСТИ ЗАРЯДА КОНДЕНСАТОРА, включающий изменение величины емкости между обкладками конденсатора до заданной величины, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей конденсатора путем совмещения свойств постоянной и переменной емкости, между обкладками конденсатора создают дополнительное непрерывно действующее электрическое поле, а изменение емкости конденсатора осуществляют увеличением или уменьшением напряженности электрического поля, причем максимальную величину емкости устанавливают при минимальной, а минимальную при максимальной напряженности этого поля, при этом по достижении заданной величины емкости напряженность поля сохраняют неизменной. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительное непрерывно действующее электрическое поле создают выполнением части среды между обкладками конденсатора токопроводящей путем введения в пространство между обкладками конденсатора дополнительного проводящего электрода, который соединяют с источником регулируемого электрического поля для повышения или уменьшения потенциала токопроводящей среды. 3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что дополнительное непрерывно действующее поле создают в виде электростатического поля путем соединения дополнительного проводящего электрода с источником постоянного тока.