4.4.6 Подгоняемые плёночные конденсаторы

Конструкции конденсаторов со ступенчатой подгонкой ёмкости изображены на рисунке 4.12. Вследствие опасности замыкания обкладок плавная подгонка конденсаторов не применяется. Ёмкость ступенчато подгоняемых конденсаторов для исключения угрозы замыкания обкладок при подгонке изменяется в сторону уменьшения за счет исключения отдельных секций.

Проектирование подгоняемого конденсатора направлено на расчёт площади и размеров не подгоняемой секции конденсатора Sн, площадей Sc, размеров секций ступенчатой подгонки и числа секций подгонки n.

Выбор размеров основывается на следующих расчётных отношениях:

• к проектированию конденсатора материалы структуры выбраны, определены сопротивление R□ обкладок и значение Суд;

• определяется длина А и ширина В верхней обкладки конденсатора по формулам (4.52), (4.44) и производственное отклонение ёмкости δСп определяется по формуле (4.53) для заданного номинального значения ёмкости конденсатора С;

• определяется полное расчётное значение ёмкости вместе с секциями подгонки по формуле Ср = С∙ (1 + δСп);

• определяется число секций подгонки n = δСп/ δС.

Примечание. Полученное число секций n округляется в сторону завышения до целого значения:

• определяется ёмкость отдельной секции подгонки: Сc = = 2∙С∙δС;

• определяется ёмкость неподгоняемой части конденсатора Сн по формуле Сн = Ср – n∙Cc;

• определяется площадь секции подгонки: Sc = Cc/Cуд;

• определяется линейный размер секции подгонки квадратной формы: Ас = Вс = √Sc;

• определяется площадь неподгоняемой части конденсатора: Sн = Cн/Суд;

• определяется размер ширины В неподгоняемой части конденсатора по формуле В = Sн/А.

Добротность или потери подгоняемого конденсатора по влиянию обкладок секций, как уже отмечалось, ухудшаются. Учитывая, что емкость неподгоняемой секции составляет в тонкоплёночных конденсаторах до 80 %, можно полагать, что добротность конденсатора в первом приближении определяется в основном добротностью неподгоняемой секции. Оценка потерь (добротности) неподгоняемой секции выполняется по формуле (4.47) с учётом (4.44).

По результатам расчёта размеров обкладок по перекрытию с применением формул (4.52), (4.53) доопределяются размеры нижних обкладок и диэлектрика для неподгоняемой и подгоночных секций.

При применении конструкции секций для переменного двоично-взвешенного шага подгонки число секций подгонки Nв рассчитывается по формуле

Nв = log₂ (δСп / δС)

с округлением в сторону завышения до целого. Ёмкость первой наименьшей секции подгонки устанавливается равной 2∙С∙δС, а ёмкость каждой последующей секции принимается вдвое большей предыдущей. Соответственно изменяются площади и размеры подгоночных секций.

Пример. Для заданной номинальной ёмкости конденсатора 500 пф с допустимой погрешностью ±2 % определить размеры конструкции конденсатора при следующих значениях параметров: R□  = 0,05 Ом; Up = 20 B; Кз = 2; рабочая частота Fp ≤ 2 МГц; δСуд  = 10 %; материал структуры: плёнка SiO₂; ΔВ  =  ±10 мкм = = ΔС.

Результаты расчета: ε_Д = 5,8∙8,86∙10^–14ф/см; Екр = 3∙10⁶ В/см; tgδ = 0,01; h_Д  = 0,15∙10^–4 см; Суд  = 3,425∙10⁴ пф/см²; S = 1,46∙10^–2 см²; Адоп ≤ 0,4 см; В ≥ 0,0365 см (принимаются значения А = В = 1,2 мм); δСп  =  11,7 %; n ≥ 5,8– 6; Сс = 10 пф; Сн = 498 пф; Ан = Вн = 1,2 мм; Ас =  = Вс = 175 мкм; П = 0,0101.

Для двоично-взвешенных секций: N = 3; Sc1 = 3∙10^–2 мм²; Sс2 = = 6∙10^–2 мм²; Sс3 = 12∙10^–2 мм². На рисунке 4.13 изображён пример конструкции конденсатора на шесть одинаковых секций подгонки 2. Пропорции обкладок на рисунке не соответствуют расчётным значениям. Но так как влияние обкладок на вносимые потери в рассматриваемом примере незначительно, то вполне допустимо отношение А/В > 2,5, демонстрируемое на рисунке.

При выборе размещения подгоночных секций следует сохранять рациональную форму конденсатора с отношением B/А < 1. Подгоночные секции размещаются вдоль одной стороны обкладки при числе до трёх и размещаются вдоль двух или трех сторон при большем их числе.