가변 콘덴서
Variable capacitor
가변 콘덴서는 캐패시턴스가 의도적으로 또는 반복적으로 기계적 또는 전자적으로 변경되는 콘덴서입니다.가변 캐패시터는 L/C 회로에서 공진 주파수를 설정하기 위해 자주 사용됩니다(예: 라디오 튜닝(따라서 튜닝 캐패시터 또는 튜닝 콘덴서라고도 함). 또는 안테나 튜너의 임피던스 매칭을 위한 가변 리액턴스로 사용됩니다.
기계적으로 제어되는 캐패시턴스
기계적으로 제어되는 가변 캐패시터에서는 플레이트 사이의 거리 또는 겹치는 플레이트 표면적의 양을 변경할 수 있습니다.
가장 일반적인 형태는 회전축("로터")에 반원형 금속판 그룹을 배치하고, 회전축("로터")을 회전시켜 겹치는 영역을 변경할 수 있도록 합니다.유전체 재료로는 공기 또는 플라스틱 박을 사용할 수 있다.회전판의 형상을 선택함으로써 예를 들어 선형 주파수 스케일을 얻기 위해 캐패시턴스 대 각도의 다양한 함수를 생성할 수 있다.다양한 형태의 감속 기어 메커니즘은 미세 조정 제어, 즉 용량 변동을 더 큰 각도로 분산시키기 위해 종종 여러 번의 회전으로 사용됩니다.최대 정전 용량은 플레이트가 "메쉬"되어 있을 때, 즉 서로 맞물릴 때 달성됩니다.최소 캐패시턴스는 플레이트가 "메쉬되지 않은" 상태, 즉 인터레이스되지 않은 상태에서 달성됩니다.
- 회전 콘덴서의 캐패시턴스 측정
Cmin = 29 pF
C = 269 pF
Cmax = 520 pF
진공 가변 캐패시터는 반대쪽 실린더 세트(슬리브 및 플런저)에서[1] 밀거나 꺼낼 수 있는 동심원 실린더로 만든 플레이트 세트를 사용합니다.그런 다음 이러한 플레이트를 유리나 세라믹과 같은 비전도성 엔벨로프 안에 밀봉하여 고진공 상태로 둡니다.가동 부품(플런저)은 유연한 금속막에 장착되어 있어 진공 상태를 씰링하고 유지합니다.나사 샤프트가 플런저에 부착되어 있으며, 이 샤프트가 회전하면 플런저가 슬리브 안 또는 밖으로 이동하고 캐패시터 값이 변경됩니다.진공은 캐패시터의 작동 전압 및 전류 처리 용량을 증가시킬 뿐만 아니라 플레이트에서 아크가 발생할 가능성을 크게 줄입니다.진공변수의 가장 일반적인 용도는 방송, 군용, 아마추어 무선 및 고출력 RF 튜닝 네트워크와 같은 고출력 송신기에서 사용됩니다.또한 소자가 진공 상태이기 때문에 작동 전압이 동일한 크기의 공기 변수보다 높아 진공 캐패시터의 크기를 줄일 수 있기 때문에 진공 변수가 더 편리할 수 있습니다.
매우 저렴한 가변 캐패시터는 알루미늄 및 플라스틱 포일을 층층이 쌓은 후 나사를 사용하여 가변적으로 함께 눌러 만듭니다.그러나 이러한 스퀴저라고 하는 것은 안정적이고 재현 가능한 캐패시턴스를 제공할 수 없습니다.플레이트 오버랩 영역을 변경하기 위해 한 세트의 플레이트를 선형으로 이동할 수 있는 이 구조의 변형도 사용되며 슬라이더라고 할 수 있습니다.이는 임시 또는 홈 건설에 실질적인 이점이 있으며 공진 루프 안테나 또는 크리스털 라디오에서 찾을 수 있습니다.
스크루드라이버에 의해 동작하는 소형 가변 캐패시터(예를 들어 공장에서 공진 주파수를 정밀하게 설정한 후 다시 조정하지 않음)를 트리머 캐패시터라고 합니다.공기나 플라스틱 외에 운모와 같은 고체 유전체를 사용하여 트리머를 만들 수도 있습니다.
특수 형태의 기계적 가변 캐패시터
복수 섹션
복수의 스테이터/로터 섹션이 같은 축상의 서로 뒤에 배치되는 경우가 매우 많으며, 예를 들어 프리 셀렉터, 입력 필터 및 수신기 회로 내의 대응하는 발진기 등 여러 튜닝된 회로를 동일한 제어를 사용하여 조정할 수 있다.섹션은 동일하거나 다른 공칭 용량을 가질 수 있습니다. 예를 들어 AM 필터 및 발진기의 경우 2 × 330 pF, 동일한 수신기의 FM 섹션에 있는 두 필터 및 발진기의 경우 3 × 45 pF입니다.복수의 섹션이 있는 캐패시터에는 가변 섹션과 병렬로 트리머 캐패시터가 포함되어 있는 경우가 많아 튜닝된 모든 회로를 같은 주파수로 조정하기 위해 사용됩니다.
나비
버터플라이 캐패시터는 서로 마주보고 있는 2개의 독립된 스테이터 플레이트 세트와 로터를 회전시키면 로터와 스테이터 사이의 용량이 균등하게 변화하도록 배치된 나비 모양의 로터를 가진 회전 가변 캐패시터의 한 형태입니다.
나비형 콘덴서는 대칭 튜닝 회로(예: 푸시풀 구성의 RF 파워앰프 스테이지 또는 로터가 "냉간" 상태여야 하는 대칭 안테나 튜너, 즉 RF(DC는 아님) 접지 전위에 연결됩니다.피크 RF 전류는 일반적으로 와이퍼 접점을 통과하지 않고 한 스테이터에서 다른 스테이터로 흐르기 때문에 버터플라이 캐패시터는 자기 루프 안테나 등의 대규모 공진 RF 전류를 처리할 수 있습니다.
버터플라이 캐패시터에서는 최소 용량에 대응하는 로터/스테이터 오버랩이 없는 위치가 존재해야 하므로 스태터와 로터의 각 반쪽은 최대 90°만 커버할 수 있으며, 따라서 90°만 회전하면 전체 캐패시턴스 범위가 커버됩니다.
분할 스테이터
밀접하게 관련된 분할 스테이터 가변 콘덴서는 서로 축 방향으로 배열된 두 개의 개별 로터 전극 팩을 사용하기 때문에 90° 각도의 제한이 없습니다.분할 스테이터 캐패시터 내의 로터 플레이트는, 복수의 단면을 가지는 캐패시터와는 달리, 로터 축의 반대쪽에 장착되어 있다.분할 스테이터 캐패시터는 나비 캐패시터에 비해 더 큰 전극과 최대 180°의 회전 각도의 이점을 누리는 반면, RF 전류가 각 로터 베인을 똑바로 통과하지 않고 로터 축을 통과해야 하므로 로터 플레이트의 분리는 약간의 손실을 초래합니다.
차동
차동 가변 캐패시터에는 두 개의 독립된 스태터가 있지만 로터가 회전할 때 양쪽 용량이 동일하게 증가하는 버터플라이 캐패시터와는 달리 차동 가변 캐패시터에서는 한 섹션의 용량이 증가하고 다른 섹션의 용량이 감소하여 두 고정자 캐패시터의 합이 일정하게 유지됩니다.따라서 용량성 전위차계 회로에서는 차동 가변 캐패시터를 사용할 수 있습니다.
역사
공기 유전체를 가진 가변 콘덴서는 헝가리 엔지니어 Dezs k Korda에 의해 발명되었습니다.그는 1893년 12월 13일 그 발명에 대한 독일 특허를 받았다.[1]
전자 제어 캐패시턴스
전압 조정 캐패시턴스
역바이어스 반도체 다이오드의 고갈층의 두께는 다이오드에 인가되는 DC 전압에 따라 달라집니다.모든 다이오드는 (트랜지스터의 p/n 접합을 포함) 이 효과를 나타내지만 가변 캐패시턴스 다이오드(바락터 또는 정맥류라고도 함)로 판매되는 디바이스는 캐패시턴스를 최대화하기 위해 특별히 설계된 큰 접합 영역과 도핑 프로파일을 사용하여 설계됩니다.
콘덴서가 신호 전압의 변화에 의해 영향을 받아 고품질 RF 통신 수신기의 입력 단계에서 사용할 수 없게 되어 허용 불가능한 수준의 상호변조를 추가할 수 있기 때문에 명백한 왜곡을 방지하기 위해 낮은 신호 진폭으로 사용이 제한됩니다.예를 들어 FM 라디오나 TV 튜너와 같은 VHF/UHF 주파수에서는 동적 범위가 큰 신호 처리 요구 사항이 아닌 노이즈에 의해 제한되며 신호 경로에서 일반적으로 정맥류가 사용됩니다.
Varicap은 발진기의 주파수 변조 및 최신 통신 장비에서 흔히 볼 수 있는 위상 잠금 루프(PLL) 주파수 신시사이저의 핵심 성분인 고주파 전압 제어 발진기(VCO)를 만드는 데 사용됩니다.
BST 소자는 타이타늄산바륨 스트론튬을 기반으로 하며 고전압을 가함으로써 정전용량을 변화시킨다.이들은 전용 아날로그 제어 입력을 가지고 있기 때문에 특히 높은 신호 전압의 경우 배럭터 다이오드보다 비선형성이 덜합니다.BST의 제한은 온도에서의 안정성 및 까다로운 애플리케이션에서의 선형성입니다.
디지털로 조정된 캐패시턴스
디지털 튜닝 캐패시터는 몇 가지 기술에 기초한 IC 가변 캐패시터입니다.MEMS, BST 및 SOI/SOS 디바이스는 여러 공급업체에서 구할 수 있으며 RF 튜닝 어플리케이션에 따라 캐패시턴스 범위, 품질 계수 및 해상도가 다릅니다.
MEMS 디바이스는 최고 품질 계수를 가지며 선형성이 높기 때문에 안테나 개구부 튜닝, 다이내믹 임피던스 매칭, 파워앰프 부하 매칭 및 조정 가능한 필터에 적합합니다.RF 튜닝 MEMS는 아직 비교적 새로운 기술로 널리 받아들여지고 있지 않습니다.
SOI/SOS 튜닝 소자는 절연 CMOS 웨이퍼 위에 구축된 솔리드 스테이트 FET 스위치로 구성되며 다른 캐패시턴스 값을 얻기 위해 이진 가중치 값으로 배열된 MIM 캡을 사용합니다.SOI/SOS 스위치는 선형성이 높고 고전압이 존재하지 않는 저전력 애플리케이션에 적합합니다.고전압 내구성에는 직렬 저항을 추가하고 품질 계수를 낮추는 직렬 FET 장치가 여러 개 필요합니다.
캐패시턴스 값은 유럽의 DVB-H 및 일본의 ISDB-T 모바일 TV 시스템과 [2]같이 넓은 주파수 범위에서 작동하는 멀티밴드 LTE GSM/WCDMA 셀룰러 핸드셋 및 모바일 TV 수신기에서 안테나 임피던스 매칭을 위해 설계되었습니다.
변환기
가변 캐패시턴스는 물리적 현상을 전기 신호로 변환하는 데 사용되기도 합니다.
- 콘덴서 마이크로폰(일반적으로 콘덴서 마이크로폰)에서 다이어프램은 콘덴서의 한 판으로서 기능하며 진동은 다이어프램과 고정판 사이의 거리에 변화를 일으켜 콘덴서 플레이트 간에 유지되는 전압을 변화시킨다.
- 일부 유형의 산업용 센서는 압력, 변위 또는 상대 습도와 같은 물리적 양을 측정을 위해 전기 신호로 변환하기 위해 콘덴서 소자를 사용합니다.
- 정전식 센서는 컴퓨터 키보드나 사용자가 움직일 수 있는 부품이 없는 엘리베이터의 "터치 버튼" 등 스위치 대신 사용할 수도 있습니다.
메모들
- ^ 이 설계의 임시 버전은 골판지로 분리된 직경이 약간 다른 두 개의 양철 캔을 사용하여 강제수용소 수용자와 같은 비상 상황에서 가변 콘덴서를 만드는 데 사용되었습니다.
- 기계식 가변 콘덴서는 전자제품에서 여전히 널리 사용되고 있지만, 라디오에서는 사용이 줄어들고 있습니다.현재 라디오는 아날로그(탱크) 발진기보다 디지털 주파수 신시사이저를 튜닝에 사용하는 경우가 많습니다.
레퍼런스
- ^ 조지 워싱턴 피어스: 무선전신의 원리, 맥그로힐 출판사, 뉴욕, 1910, 페이지 114 (코다의 회전 콘덴서 사진).
- ^ Frenzel, Louis (29 January 2009). "Automatic Digital Antenna Tuning Fits Multiple Wireless Applications". Electronic Design. Archived from the original on 3 August 2014. Retrieved 23 January 2017.
