Кіріспе

Өзгермелі конденсатор – сыйымдылығы қасақана және қайта-қайта механикалық немесе электрондық жолмен өзгертілетін конденсатор. Өзгермелі конденсаторлар көбінесе L/C тізбектерінде резонанс жиілігін орнату үшін қолданылады, мысалы, радионы реттеу үшін (сондықтан оны кейде реттеу конденсаторы деп атайды), немесе өзгермелі реактивтілік ретінде, мысалы, антенна тюнерлерінде кедергіні сәйкестендіру үшін пайдаланылады.

Механикалық реттелетін сыйымдылық

Механикалық реттелетін өзгермелі конденсаторларда пластиналар арасындағы қашықтық немесе пластиналардың бір-бірімен жапсысқан беттік ауданы өзгертілуі мүмкін. Ең көп таралған түрі – жартылай шеңберлі металл пластиналар тобын айналу осіне (“ротор”) орналастыру, олар стационарлық пластиналар (“статор”) жиынының арасындағы кеңістікте орналасады, сондықтан айналу осін бұру арқылы жапсысқан ауданы өзгертіледі. Диэлектрик ретінде ауа немесе пластик пленкалар қолданылуы мүмкін. Роторлық пластиналардың пішінін таңдау арқылы сыйымдылық пен бұрыш арасындағы әртүрлі функциялар жасалуы мүмкін, мысалы, сызықты жиілік шкаласын алу үшін. Сыйымдылықтың өзгеруін үлкен бұрышқа, көбінесе бірнеше айналымға тарату үшін әртүрлі редуктор механизмдері жиі қолданылады, яғни нақтырақ реттеуге қол жеткізу үшін. Пластиналар бір-бірімен “үйлескенде”, яғни өзара байланысқанда максималды сыйымдылыққа жетуге болады. Пластиналар “үйлеспегенде”, яғни өзара байланыспағанда минималды сыйымдылыққа жетуге болады. Вакуумдық өзгермелі конденсатор концентрлі цилиндрлерден жасалған пластиналар жиынтығын пайдаланады, оларды қарама-қарсы цилиндрлер жиынтығына (манжет және поршень) ішке немесе сыртқа жылғастыруға болады. Бұл пластиналар әйнек немесе керамика сияқты өткізбейтін материалдан жасалған қаптаманың ішіне жабылады және жоғары вакуумға орналастырылады. Жылжымалы бөлік (поршень) вакуумды сақтайтын иілгіш металл мембранаға орнатылған. Поршеньге бұрандалы білік бекітілген; білікті бұру арқылы поршень манжеттің ішіне немесе сыртына жылғалады және конденсатордың мәні өзгереді. Вакуум конденсатордың жұмыс кернеуін және ток жүктемесін ғана емес, пластиналар арасында разрядталу қаупін де азайтады. Вакуумдық өзгермелі конденсаторлар ең көп қолданылатын орындар – радиохабар тарату, әскери және әуесқой радиостанциялар, сондай-ақ жоғары қуатты радиожиілікті тізбектер. Вакуумдық өзгермелі конденсаторлар ыңғайлы болуы мүмкін; элементтер вакуумда болғандықтан, жұмыс кернеуі бірдей өлшемдегі ауалық конденсатордан жоғары болуы мүмкін, бұл вакуумдық конденсатордың көлемін кішірейтеді. Өте арзан өзгермелі конденсаторлар алюминий және пластик пленкалардан жасалған қабаттардан тұрады, олар бұранда арқылы бір-біріне қысылады. Алайда, мұндай “қысымды” конденсаторлар тұрақты және қайталанатын сыйымдылықты қамтамасыз ете алмайды. Бұл конструкцияның бір түрі пластиналардың жапсысқан ауданын өзгерту үшін бір жиынтық пластиналардың сызықтық қозғалысын қамтамасыз етеді және оны “слайдер” деп атауға болады. Бұл импровизацияланған немесе үй жасаған құрылымдар үшін практикалық артықшылықтар береді және резонанстық контур антенналарында немесе кристаллды радиода қолданылуы мүмкін. Бұрандамен реттелетін кішкентай өзгермелі конденсаторлар (мысалы, зауытта резонанстық жиілікті дәлдеу үшін және кейіннен түзетусіз қалдыру үшін) триммерлік конденсаторлар деп аталады. Ауа мен пластиктен басқа, триммерлерді слюда сияқты қатты диэлектриктерден де жасауға болады.

Көп бөлімді

Көп жағдайда, бір ось бойында бірнеше статор/ротор секциялары тізбектелген болып орналасады, бұл бірнеше резонаторлық тізбектерді бір басқару арқылы реттеуге мүмкіндік береді, мысалы, қабылдағыш тізбегінде алдын ала таңдаушы, кіріс сүзгісі және сәйкес осциллятор. Секциялардың номиналды сыйымдылығы бірдей немесе әртүрлі болуы мүмкін, мысалы, АМ сүзгісі мен осцилляторы үшін 2 × 330 пФ, ал сол қабылдағыштың FM бөліміндегі екі сүзгі және осциллятор үшін 3 × 45 пФ. Көп секциялы конденсаторларға көбінесе өзгертілмелі секцияларға параллель түрде қосылған триммерлік конденсаторлар кіреді, олар барлық резонаторлық тізбектерді бірдей жиілікке реттеу үшін қолданылады.

Көбелек

Бауырсақ конденсаторы – екі тәуелсіз статор пластиналары бір-біріне қарама-қарсы орналасқан және бауырсақ пішіндес ротордан тұратын айналмалы өзгермелі конденсатордың бір түрі. Роторды бұру арқылы ротор мен кез келген статор арасындағы сыйымдылық бірдей түрде өзгереді. Бауырсақ конденсаторлары симметриялық резонаторлық тізбектерде қолданылады, мысалы, түрткі-түсіру конфигурациясындағы RF қуат күшейткіш сатыларында немесе ротордың "салқын" болуы қажет симметриялық антенна тюнерлерінде, яғни RF (бірақ міндетті түрде DC емес) жер потенциалына қосылған. RF тогының ең жоғарғы деңгейі әдетте бір статордан екіншісіне сыпырушы контактілер арқылы өтіп бармайтындықтан, бауырсақ конденсаторлары үлкен резонанстық RF тоқтарын қабылдай алады, мысалы магниттік контурлық антенналарда. Бауырсақ конденсаторында статорлар мен ротордың әр жартысы ең көп дегенде 90° бұрышпен ғана жабылуы мүмкін, себебі ең төменгі сыйымдылыққа сәйкес келетін ротор/статордың қабаттаспайтын орны болуы керек, сондықтан толық сыйымдылық диапазоны үшін 90° бұрылыс жеткілікті.

Бөлінетін статор

Жақын байланысты бөлінген статорлы айнымалы конденсатор 90° бұрыш шектеуіне ие емес, себебі ол бір-бірінің артында осі бойымен орналасқан екі жеке ротор электродтары жиынтығын пайдаланады. Көп секциялы конденсатордан өзгеше, бөлінген статорлы конденсатордағы ротор пластиналары ротор осінің қарама-қарсы жақтарына бекітіледі. Бөлінген статорлы конденсатор, «көбелек» конденсаторымен салыстырғанда, үлкен электродтармен және 180° дейінгі айналу бұрышымен артықшылықтары бар. Алайда, ротор пластиналарын бөлуге байланысты RF тогы әр ротор қанатынан тікелей өтудің орнына ротор осі арқылы өтуге мәжбүр болғандықтан, белгілі бір шығындар туындайды.

Дифференциалдық

Дифференциалдық айнымалы конденсаторларда да екі тәуелсіз статор болады, бірақ көбелек тәрізді конденсаторда роторды бұрғанда екі жақтағы сыйымдылық бірдей артқаннан өзгеше, дифференциалдық айнымалы конденсаторда бір бөлімнің сыйымдылығы артса, екінші бөлімнің сыйымдылығы кемиді, ал екі статордың сыйымдылығының қосындысы өзгермейді. Сондықтан дифференциалдық айнымалы конденсаторларды сыйымдылықты потенциометрлік тізбектерде қолдануға болады.

Тарих

Ауа диэлектригі бар өзгермелі конденсаторды венгр инженері Дезсő Корда ойлап тапты. Ол 1893 жылдың 13 желтоқсанында осы өнертабысы үшін неміс патентін алды.

Кернеуді реттейтін сыйымдылық

Кері бұрылыс жасайтын жартылай өткізгіш диодтың тозу қабатының қалыңдығы диодқа қолданылатын тұрақты ток кернеуіне байланысты өзгереді. Кез келген диод осы әсерді көрсетеді (транзисторлардағы p/n түйіспелерін қоса алғанда), бірақ өзгермелі сыйымдылық диодтары ретінде сатылатын құрылғылар (вараторлар немесе варикаптар деп те аталады) үлкен түйіспе ауданымен және сыйымдылықты барынша арттыру үшін арнайы жасалған допингтік профильмен жасалған. Олардың қолданылуы сигналдың төмен амплитудасымен шектеледі, себебі сигнал кернеуінің өзгеруі сыйымдылыққа әсер етеді, сондықтан оларды жоғары сапалы радиожиілікті (RF) байланыс қабылдағыштарының кіріс сатыларында қолдануға болмайды, онда олар қабылдамас деңгейде интермодуляцияны тудырады. VHF/UHF жиіліктерінде, мысалы FM радио немесе теледидар тюнерлерінде, динамикалық диапазонды үлкен сигналдарды өңдеу қажеттілігі емес, шу шектейді, ал варикаптар сигнал жолында жиі қолданылады. Варикаптар осцилляторлардың жиілігін модуляциялауға және қазіргі заманғы байланыс жабдықтарында кең таралған фазалық құлыпталған цикл (PLL) жиілік синтезаторларының негізгі құралы болып табылатын жоғары жиілікті кернеумен басқарылатын осцилляторларды (VCO) жасауға қолданылады. BST құрылғылары барий стронций титанатына негізделген және құрылғыға жоғары кернеу қолдану арқылы сыйымдылықты өзгертеді. Оларда арнайы аналогты басқару кірісі бар, сондықтан олар, әсіресе жоғары сигнал кернеулері үшін, варатор диодтарына қарағанда аз сызықтық бұрмалаушылықтарды енгізеді. BST-нің шектеулері – температурадағы тұрақтылық және қатал талаптарға жауап беретін қолданыстардағы сызықтық.

Цифрлық реттелетін сыйымдылық

Цифрлық реттелген конденсатор – бірнеше технологияларға негізделген өзгертілетін конденсатор. MEMS, BST және SOI/SOS құрылғылары бірнеше жеткізушіден қол жетімді және әртүрлі радиожиілікті (RF) реттеу салаларында сыйымдылық диапазоны, сапа факторы және ажыратымдылық көрсеткіштерімен ерекшеленеді. MEMS құрылғылары ең жоғары сапа факторына ие және жоғары сызықтылыққа қол жеткізеді, сондықтан антенна апертурасын реттеуге, динамикалық кедергіні сәйкестендіруге, қуат күшейткішінің жүктемесін сәйкестендіруге және реттелетін сүзгілерге жарамды. RF реттеуге арналған MEMS технологиясы салыстырмалы түрде жаңа және кеңінен қабылдануда әлі де кешігуде. SOI/SOS реттеу құрылғылары оқшауланған CMOS пластиналарында жасалған қатты күйдегі FET коммутаторларынан тұрады және әртүрлі сыйымдылық мәндерін алу үшін бинарлық салмақталған MIM конденсаторларын пайдаланады. SOI/SOS коммутаторлары жоғары сызықтылыққа ие және жоғары кернеулердің болмауымен сипатталатын төмен қуатты қолданулар үшін өте қолайлы. Жоғары кернеуге төзімділік үшін бірнеше FET құрылғыларын тізбектей қосу қажет, бұл тізбектік кедергіні арттырады және сапа факторын төмендетеді. Сыйымдылық мәндері көп жолақты LTE GSM/WCDMA ұялы телефондарында және кең жиілік диапазондарында жұмыс істейтін мобильді теледидар қабылдағыштарында, мысалы, Еуропаның DVB-H және Жапонияның ISDB-T мобильді теледидар жүйелерінде антенна кедергісін сәйкестендіру үшін жобаланған.

Трансдукторлар

Кейде физикалық құбылыстарды электр сигналдарына түрлендіру үшін өзгермелі сыйымдылық қолданылады. Конденсаторлық микрофонда (көбінесе конденсаторлық микрофон деп аталады) диафрагма конденсатордың бір полюсі ретінде жұмыс істейді, ал дірілдер диафрагма мен бекітілген полюс арасындағы қашықтықты өзгертеді, соның салдарынан конденсатор полюстері арасындағы кернеу өзгереді. Кейбір өнеркәсіптік сенсорлар физикалық шамаларды, мысалы, қысымды, орынды жылжыруды немесе салыстырмалы ылғалдылықты өлшеу үшін электр сигналына түрлендіру үшін конденсаторлық элементті пайдаланады. Сыйымдылық сенсорларын коммутаторлардың орнына да қолдануға болады, мысалы, компьютерлік пернетақталарда немесе пайдаланушы жылжыта алатын бөліктері жоқ лифттердегі "сенсорлық батырмаларда".