Самодельные КПЕ из фольгированного стеклотекстолита

9 января 2019

Переменные конденсаторы, они же конденсаторы переменное емкости или КПЕ, используется во множестве устройств. Они нужны в генераторах, фильтрах, 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:

Самодельный переменный конденсатор, вид спереди

Вид сзади:

Самодельный подстроечный конденсатор, вид сзади

Конденсатор имеет пять прямоугольных пластин размером 20x50x1 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 30x50 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 50 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:

Самодельный конденсатор фиксированной емкости

Конденсатор состоит из шести пластин 25x50 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:

2 пластины (1 слой диэлектрика) - 52 пФ
4 пластины (3 слоя диэлектрика) - 165 пФ
6 пластин (5 слоев диэлектрика) - 270 пФ

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:

>>> # Формула: C = E * E0 * S / d
>>> E0 = 8.854187817 * (10**-12) # электрическая постоянная
>>> d = 1 / 1000 # расстояние между пластинами - 1 мм
>>> C = 52 / 1000 / 1000 / 1000 / 1000 # емкость - 52 пФ
>>> S = (25 / 1000) * (50/1000) # площадь - 25 x 50 мм
>>> E = (C*d) / (S*E0) # диэлектрическая проницаемость среды
>>> E
4.698341718043092

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.

Метки: .

Понравился пост? Узнайте, как можно поддержать развитие этого блога.

Также подпишитесь на RSS, Facebook, ВКонтакте, Twitter или Telegram.