Друзья, привет!
Делаю сейчас магнитную антенну-рамку для работы на 14 МГц. В этой связи понадобился подстроечный конденсатор. Емкость небольшая (диапазон перестройки вообще 1,5...2 пФ), но, поскольку рамка будет работать на передачу, то подстроечник должен быть рассчитан примерно на 1 киловольт напряжения при 5 Ваттах, подводимой к антенне мощности. Значит, недорогие китайские отпадают. А вот остальные... Дорогие они и сами по себе, да плюс пересылка - итого выходит рублей 500...800. Как пригоршня микроконтроллеров! И решил я попробовать сделать КПЕ самостоятельно. Заодно, освоить технологию на будущее. Чай не последний раз переменный конденсатор потребовался. Сейчас расскажу что получилось.
Конструкция подстроечного конденсатора
Материал пластин я долго не выбирал - фольгированный стеклотекстолит. Тут тебе и пластина и диэлектрик в одном флаконе. Причем, напряжение пробоя у того же FR4 толщиной 1 мм составляет более 40 кВ. Это нам подходит. Раньше я уже использовал этот материал для получения малых емкостей, например при испытаниях диапазонного полосового фильтра КВ-трансивера. Двусторонний FR4 толщиной 1,5 мм и площадью примерно 4 квадратных сантиметра обладает емкостью около 13...14 пФ. Как видно большая площадь для емкости в пикофарады не требуется. Значит, если взять два куска одностороннего стеклотекстолита толщиной в 1,5 мм, сложит их диэлектрическими сторонами и обеспечить их смещение друг относительно друга, то вполне можно получить емкость до 6 пФ. А если хочется больше? Тогда нужно либо площадь увеличивать, либо толщину стеклотекстолита уменьшать. Я решил уменьшить толщину. Самый тонкий стеклотекстолит, который мне удалось купить, имел толщину 0,8 мм. Вот под него я решил и сделать конструкцию конденсатора.
Габаритные размеры конструкции: 40х40 миллиметров при толщине 10 мм. Почему такие? Прежде всего, для удобства печати на 3D-принтере. Пока конструкция отрабатывается, лучше не мельчить. Ну и дорабатывать детали из пластика удобнее, когда за них можно легко ухватиться! А там посмотрим, может быть и над уменьшением подумаю...
Архив с моделями для печати будет, как обычно, приложен в конце статьи.
Всего конструкция состоит из 3-х деталей, напечатанных из ABS-пластика и 3-х деталей из стеклотекстолита.
Слева-направо: задняя часть, передняя часть и ручка. Детали отшлифованы надфилем-шкуркой для устранения всех дефектов печати. Вот так они смотрятся с другой стороны:
Здесь я ничего не шлифовал, поэтому выглядит более приятно! Ручка имеет сечение 4х4 мм.
Стеклотекстолитовые детали я вырезал на фрезерном станочке CNC1610, который меня очень выручает при изготовлении печатных плат.
Гравировать дорожки не пришлось. Только вырезание. Получилось три детали, которые нужно избавить от разного рода заусенцев. Чертежи деталей в формате SprintLayout Тоже будут в архиве, в конце статьи.
Слева-направо: статор, ротор, контакт ротора. Видно, что усы ротора заточены. Это необходимо для избежания заклинивания при вращении. С обратной стороны тоже есть заточка. Чтобы снизить вероятность межслойного пробоя по воздуху, фольгу по краям ротора и статора можно немного снять. Например, надфилем. Я этого делать не стал, поскольку при моей мощности передатчика (5 Вт) пробой по воздуху не грозит.
Собственно и все. Для сборки еще понадобится 4 винта М3х10 мм, 4 гайки и немного любой синтетической смазки.
Сборка конденсатора
Процесс сборки не вызывает особых трудностей, если все детали изготовлены точно. Прежде всего, устанавливаем пластину статора в заднюю часть корпуса.
Причем, обратите внимание. Если пластину установить фольгой вниз (как на фото) емкость конденсатора будет меньше, но суммарная толщина диэлектрика будет 1,6 мм. Если установить пластину фольгой вверх, можно увеличить емкость конденсатора более чем в 2 раза. Мне большая емкость была не нужна, поэтому пластина установлена фольгой вниз. Поверхность пластины должна быть примерно вровень с поверхностью корпуса.
Опорное отверстие ручки (в центре) смазывается синтетической смазкой. Я использую купленную на Али уже довольно давно.
Много смазки не требуется. Лишь бы избежать избыточного трения деталей.
Устанавливаем ручку.
Ручка должна свободно вращаться в отверстии. Небольшой люфт допустим.
Теперь в верхнюю часть корпуса конденсатора устанавливается контактная пластина.
Пластина устанавливается фольгой вверх. Пластина должна совсем немного выступать над общем уровнем поверхности (около 0,1 мм).
На контактную пластину опускается пластина ротора.
После этого верхняя и нижняя части соединяются. При этом ручка должна пройти через пластину ротора и выйти в отверстие верхней части корпуса.
Задняя и передняя части корпуса стягиваются 4-мя винтами М3х10. Если конденсатор планируется устанавливать на некую панель, то зафиксировать корпус можно и 2-мя винтами по диагонали. Тогда оставшимися двумя винтами конденсатор можно прикрутить к передней панели устройства. Центры крепежных отверстий находятся на вершинах квадрата 30х30 мм.
С обратной стороны винты крепятся гайками. Причем, отверстия под гайки сделаны так, что гайки сидят в них достаточно плотно и не выскакивают при выкручивании винтов.
Сборка конденсатора закончена. Она заняла не более одного часа! Ручка должна вращаться с небольшим усилием и почти без люфта.
Приступаем к испытаниям.
Испытания конденсатора
Для начала контакты ротора и статора следует облудить.
Подпаиваем проводки и подключаем к NanoVNA. Я установил диапазон измерений от 1 до 200 МГц. Находим минимальную емкость на частоте 14 МГц, на которой предполагается эксплуатация конденсатора.
Минимальная емкость оказалась равной около 4 пФ. На приборе - 4.219, но 0.219 оставим на паразитную емкость проводов. Пусть будет 4! Находим максимальную емкость.
Максимальная емкость с теми же допущениями около 17 пФ. Итого мы получили подстроечный конденсатор 4/17 пФ. Если статор перевернуть, то можно рассчитывать на емкость примерно от 8 до 34 пФ. Неплохо, хотя признаться, это несколько больше, чем я рассчитывал. Ничего, добавлю последовательно конденсатор примерно на 5 пФ, сделанный из двухслойного стеклотекстлита 1,5 мм. Небольшой люфт все же есть, из-за не совсем точной подгонки внутреннего квадратного отверстия ротора и ручки. Ротор неплохо было бы как-то фиксировать на оси. Подумаю... Тем не менее, КПЕ вполне рабочий!
Теперь, владея технологией, не составит изготовить конденсатор любого желаемого номинала! А еще, можно просверлить отверстие в задней крышке и сделать двух или даже 3-секционный КПЕ! А секции можно не только использовать независимо, но и соединять параллельно! Но, это уже совсем другая история...
Ссылка на архив с моделями:
Спасибо, что читаете-смотрите Terrabyte! Подписывайтесь, если вам интересна радиолюбительская тематика, микроконтроллеры, мини-ПК, необычные компьютерные решения и инновационные разработки! Спасибо всем, кто поддерживает меня своими советами, комментариями и лайками!
Группа ВК: https://vk.com/terrabyte
Канал на VK-Video: https://vk.com/video/@terrabyte/all
Всякие разные радио-самоделки: