מהו קבל אוויר: מעגל, עבודה ויישומיו

א קבל משתנה הוא סוג אחד של קבלים שיש לו ערך קיבול משתנה. זֶה קַבָּל כולל שתי לוחות כאשר השטח בין הלוחות הללו פשוט מותאם לשינוי הקיבול של הקבל. קבלים אלה זמינים בשני סוגים של קבלי אוויר וקבלי גוזם. בדרך כלל, קבלים אלה משמשים במיוחד ב מעגלי LC לכוונון תדרים בתוך מכשירי רדיו. אז מאמר זה דן בסקירה כללית של אחד מסוגי הקבלים המשתנים כמו א קבל אוויר - עבודה והיישומים שלה.

מהו קבל אוויר?

א הגדרה של קבל אוויר הוא קבל שמשתמש באוויר כמדיום דיאלקטרי. קבל זה יכול להיות מתוכנן בצורת קיבול קבוע או משתנה. סוג קיבול קבוע אינו בשימוש תכוף כי ישנם שונים סוגי קבלים זמין עם מאפיינים מעולים ואילו סוג קיבול משתנה משמש בתדירות גבוהה יותר בגלל הבנייה הפשוטה שלהם.

קבלי אוויר עשויים בדרך כלל עם שני סטים של לוחות מתכת חצי עגולים המופרדים באמצעות אוויר חומר דיאלקטרי . בלוחות מתכת אלה, סט אחד הוא קבוע והסט השני מחובר לפיר המאפשר למפעיל לסובב את המכלול כדי לשנות את הקיבול בעת הצורך. כאשר החפיפה בין שני לוחות מתכת גדולה יותר, הקיבול גבוה יותר. אז מצב הקיבול הגבוה ביותר מושג ברגע שהחפיפה בין שתי קבוצות לוחות המתכת היא מקסימלית ואילו מצב הקיבול הנמוך ביותר מושג ברגע שאין חפיפה. לשליטה טובה יותר בקיבול, כוונון עדין יותר ודיוק מוגבר, נעשה שימוש במנגנוני הילוך הפחתה.

קבלי אוויר הם בעלי ערך קיבול קטן שנע בין 100 pF - 1 nF ואילו מתח ההפעלה נע בין 10 ל-1000V. מתח השבר של הדיאלקטרי קטן ולכן התמוטטות החשמלית תשתנה בתוך הקבל כך שזה יכול להוביל לפעולה לקויה של קבל האוויר.

בניית קבלי אוויר ועבודתו

קבל מתכוונן כמו קבל אוויר כולל סדרה של לוחות אלומיניום חצי עגולים מסתובבים על גבי פיר מרכזי המסודרים בין סט מרווח שווה של לוחות אלומיניום קבועים. לקבל זה יש חור קדח במרכזו כדי לעבור מוט בקרה. כדי לשלוט על המוט הזה, דיסקים חלופיים מחוברים כדי להעביר אותו בחופשיות לאורך האחרים, מה שאומר שסט הדיסקים מופרד ביעילות לשתי קבוצות היוצרות במשותף את שני אזורי הלוחות של הקבל.

ברגע שדיסקי הקבלים נמצאים בצורה חצי עגולה, אז סיבוב הסט הנעים גורם לשינוי בכמות שבה שתי הקבוצות חופפות לכל שטח הלוח. כאשר הקיבול של קבל זה תלוי בכל שטח הלוח שלו, אז השינוי בתוך השטח יכול לגרום לשינוי שווה ערך בתוך הקיבול של הרכיב, כך שמפעיל רשאי לשנות את ערך הרכיב כרצונו.

כאשר לוחות האלומיניום הנעים מסובבים, וכמות החפיפה בין הלוחות הסטטיים והנעים תשתנה. האוויר שבין קבוצות הלוחות הללו פועל כמו דיאלקטרי יעיל המבודד את הסטים זה מזה. כאשר הקיבול של הקבל תלוי בגודל ההדדי של הצלחת, אז התאמה זו פשוט מאפשרת לכוון את ערך קבל האוויר.

מעגל קבלי אוויר

מעגל קבלי האוויר הפשוט מוצג להלן. קבל זה משתמש באוויר כדיאלקטרי והוא מתוכנן על ידי שימוש בשני רדיד מתכת או לוחות מתכת המתחברים במקביל במרחק מסוים זה לזה. קבלים אוגרים את האנרגיה בצורת מטען חשמלי על הלוחות.

ברגע שמופעל מתח על קבל אוויר כדי למדוד את המטען על שני הלוחות, אז היחס בין מטען 'Q' למתח 'V' יספק את ערך הקיבול עבור הקבל ולכן, הוא ניתן כמו C = Q/V. ניתן לכתוב משוואה זו גם כדי לספק את הנוסחה למדידת כמות המטען על שני הלוחות כמו Q = C x V.

ברגע שזרם חשמלי מסופק לקבל, הוא נטען, ובכך השדה האלקטרוסטטי יתחזק מאוד מכיוון שהוא אוגר יותר אנרגיה בין שני הלוחות.

באופן דומה, כאשר הזרם זורם מתוך קבל האוויר, הפרש הפוטנציאל בין שני הלוחות הללו יקטן והשדה האלקטרוסטטי יקטן כאשר האנרגיה החשמלית נעלמת מהלוחות. אז קיבול הוא אחד המאפיינים של קבל המשמש לאחסון מטען חשמלי על שני הלוחות שלו בצורת שדה אלקטרוסטטי.

מתירנות של קבל אוויר

אפשר להגדיר פרמיטטיביות כמאפיין של כל חומר, אחרת המדיום המשמש למדידת ההתנגדות המוצעת כנגד היווצרות שדה חשמלי. הוא מסומן באות היוונית 'ϵ' (אפסילון) והיחידה שלו היא F/m או פארד למטר.

אם ניקח בחשבון קבל הכולל שני לוחות המופרדים על ידי מרחק 'd', המדיום הדיאלקטרי כמו אוויר משמש בין שני הלוחות הללו. בין שני הלוחות של קבל, נמצאות מולקולות היוצרות מומנטים דיפולים חשמליים. הדיפול החשמלי פירושו, זוג מטענים מנוגדים ושווים. לדוגמה, מולקולה בודדת כוללת מטען חיובי בקצה אחד ומטען שלילי בקצה אחר המופרד במרחק מסוים כפי שמוצג באיור הבא.

בתרשים הבא, המולקולות בדרך כלל מיושרות באופן אקראי בתוך לוחות הקבלים. ברגע שאנו מפעילים שדה חשמלי על הלוחות הללו באופן חיצוני, המולקולות בתוך הקבל מסתדרות עם עצמן בצורה טובה יותר, המכונה קיטוב. אז, מומנט הדיפול שלהם מייצר שדה חשמלי משלו. השדה החשמלי הזה מתנגד לשדה החשמלי המופעל מבחוץ ולכן הוא הופך להיות כמו הקוטב הדומה של שני מגנטים שממשיכים להתנגד זה לזה.

כאשר המולקולות מסדרות את עצמן או שהן מקטבות יותר, הן מתנגדות לשדה החשמלי החיצוני שהוא מה שקראנו בתור היתר. כאן, המתירנות מודדת את ההתנגדות שמציע חומר או בינוני עד שדה חשמלי חיצוני.

אם הפריטטיביות של המדיום גבוהה יותר, אז המולקולות של המדיום מקטבות טוב יותר, ולכן הן מציעות יותר עמידות לשדה החשמלי החיצוני. באופן דומה, אם הפריטטיביות של המדיום נמוכה, אז מולקולות מקטבות בצורה חלשה, כך שהן מציעות פחות התנגדות לשדה החשמלי החיצוני.

הפרמיטטיביות אינה קבועה, ולכן היא משתנה עם גורמים שונים כמו טמפרטורה, לחות, סוג בינוני, תדירות שדה, חוזק שדה חשמלי וכו'.

לאפשרות יש תפקיד משמעותי בקביעת הקיבול של הקבל. אז, הקיבול של קבל צלחת מקביל מחושב על ידי

C = ϵ x A/d

איפה,

'A' הוא השטח של צלחת בודדת.

'd' הוא המרחק בין שני לוחות קבלים.

'ϵ' הוא הפריטטיביות של המדיום בין שני הלוחות של הקבלים.

אם אתה צופה בקבלים הבאים, הפריטטיביות יכולה להשפיע בבירור על הקיבול של הקבל.
בשני הקבלים הבאים, הדיאלקטרי המשמש בקבל הצד השמאלי הוא אוויר. כך שהפריטיטיביות היחסית של קבל אוויר זה קטנה > 1 כלומר 1.0006.

באופן דומה, בקבל השני, הדיאלקטרי המשמש הוא זכוכית. כך שהפריטיטיביות של הקבל הזה היא בערך 4.9 עד 7.5. לכן, בהשוואה לקבל אוויר, לקבל עם דיאלקטרי זכוכית יש פרנסיטיביות גבוהה.

אז, החומר עם היתריות נמוכה יותר יספק פחות קיבול וחומר עם היתריות גבוהה יותר יספק קיבול גבוה. לפיכך, המתירנות משחקת תפקיד מרכזי בקביעת ערך הקיבול.

מאפיינים

המאפיינים של קבל אוויר כוללים את הדברים הבאים.

• קבלי אוויר אינם קוטביים, מה שאומר שניתן להשתמש בקבלים אלה בצורה מאובטחת ביישומי AC עד שלא יחרוג מדרוג המתח הגבוה ביותר.
• לקבלים אלו קיבול קטן שנע בין 100pF ל-1nF.
• מתח ההפעלה המרבי תלוי בעיקר בממדים הפיזיים של הקבל.
• מתח עבודה גבוה צריך שהרווח בין שתי לוחות מספיק כדי למנוע התמוטטות חשמלית של האוויר.
• החוזק הדיאלקטרי של האוויר נמוך יותר מהרבה חומרים אחרים, מה שהופך את הקבלים הללו לבלתי מתאימים למתחים גבוהים.

יתרונות

ה היתרונות של קבלי אוויר כלול את הבאים.

• יש לו פחות זרם דליפה מה שאומר שהפסדי הפעולה בתוך קבל זה הם מינימליים, במיוחד אם הלחות אינה גבוהה.
• התנגדות הבידוד גבוהה.
• יציבות טובה.
• יש להם פחות מתח פירוק.
• מקדם הפיזור נמוך.

ה חסרונות של קבלי אוויר כלול את הבאים.

• קבלי אוויר זמינים בגדלים גדולים.
• לקבלים אלה יש פחות קיבול.
• אלה יקרים.
• זה תופס יותר מקום בהשוואה לקבלים אחרים.

יישומים

ה יישומים של קבלי אוויר כלול את הבאים.

• קבל זה משמש בדרך כלל במעגלי LC תהודה, הזקוקים לשינויים בתוך הקיבול. אלה
• המעגלים כוללים מקלטי רדיו, מערבלי תדרים ורכיבי התאמת עכבות עבור מקלטי אנטנות.
• אלה משמשים בדרך כלל כאשר יש צורך בקיבול מתכוונן כמו מעגלי תהודה.
• קבל זה משמש לכוונון מעגלי רדיו וגם במעגלים בכל מקום בו יש צורך בפחות הפסדים.

לפיכך, זוהי סקירה כללית של אוויר קבל - עובד עם יישומים. קבלים אלו עשויים מאלומיניום והם עובדים היטב בשדות מגנטיים חזקים מאוד. הנה שאלה בשבילך, מה זה דיאלקטרי בקבל?