RU158534U1 - Керамический опорный помехоподавляющий конденсатор - Google Patents

Abstract

Керамический опорный помехоподавляющий конденсатор, содержащий металлический корпус с резьбовой частью, являющийся опорным выводом, емкостной элемент, диск из изоляционного материала, расположенный между корпусом и емкостным элементом, и проволочный вывод, отличающийся тем, что емкостной элемент имеет шайбовую форму и состоит из чередующихся слоев керамического диэлектрика и двух групп проводящих пластин, при этом первая группа проводящих пластин электрически соединена с корпусом, а вторая группа проводящих пластин электрически соединена с проволочным выводом.

Description

Заявляемая полезная модель относится к помехоподавляющим конденсаторам, предназначенным для предотвращения распространения помех в аппаратуре, и может быть использована в радиоэлектронной и электротехнической промышленности.

В настоящее время в связи с увеличением плотности компоновки и сложности аппаратуры из-за роста взаимного влияния ее элементов приходится принимать все более сложные меры по обеспечению ее помехоустойчивости. Особенно это стало актуальным в связи с широким распространением применения - источников вторичного электропитания, которые могут сами служить генераторами высокочастотных помех. С повышением частоты преобразования этих источников растет и частота помех. Если раньше требования к максимальной частоте помехоподавления составляли не более 50 МГц, то теперь они увеличились до 100 МГц и более.

Среди большого количества помехоподавляющих устройств особое место занимают помехоподавляющие конденсаторы, через которые помехи фильтруются на «землю». Максимальная частота эффективного помехоподавления этих конденсаторов зависит от значений собственной индуктивности, определяемой конструкцией диэлектрика и электродов емкостного элемента и выводов самого конденсатора.

Для повышения этой частоты необходимо иметь минимально возможные значения собственной индуктивности. Конструкция опорных конденсаторов обеспечивает низкую индуктивность соединения одного из электродов конденсатора с заземляемым корпусом аппаратуры через опорный вывод, выполненный в виде резьбовой шпильки или фланца.

К таким конденсаторам относится и заявляемый в качестве полезной модели керамический опорный помехоподавляющий конденсатор, разработанный в ОАО «НИИ «Гириконд» / Примерами опорных помехоподавляющих конденсаторов могут служить конденсаторы с органическим диэлектриком К73-57 и с керамическим диэлектриком КДО. Конденсаторы К73-57 имеют диэлектрик на основе полиэтилентерефталатной пленки и цилиндрическую конструкцию в изоляционной оболочке с заливкой торцов эпоксидным компаундом. Крепежный элемент может быть выполнен в виде фланца (варианты “а”, “б”) или резьбовой шпильки (вариант “в” и “г”). На фиг. 1 показана конструкция этих конденсаторов.

Конденсаторы К73-57 предназначены для подавления индустриальных помех в диапазоне частот от 0,15 до 100 МГц. На фиг. 2 показана зависимость вносимого затухания от частоты для данных конденсаторов в зависимости от емкости:

Кривая 1 - емкость 4,7 мкФ

Кривая 2 - емкость 2,2 мкФ

Кривая 3 - емкость 1 мкФ

Кривая 4 - емкость 0,4,7 мкФ

Кривая 5 - емкость 0,22 мкФ

Как видно из данных диаграмм, вносимое затухание этих конденсаторов после частоты 10 МГц резко снижается и на частоте 100 МГц составляет около 5 дБ. Таким образом, наиболее эффективное помехоподавление имеет место в диапазоне частот до 10 МГц, что объясняется особенностями диэлектрика и конструкции. Таким образом, опорные конденсаторы К73-57 не могут обеспечить необходимых характеристик помехоподавления на высоких частотах.

Наиболее близким к заявляемой полезной модели техническим решением, взятым нами в качестве прототипа, является керамический дисковый опорный конденсатор КДО, изготовитель ОАО «Номинал», Украина. (ОЖО.460153.ТУ), который представлен на фиг. 3.

Конденсатор имеет металлический корпус с резьбовой частью (1) (опорный вывод), внутри которого размещен емкостной элемент (2) в виде однослойного диска из керамического диэлектрика с нанесенными наружными электродами. Между емкостным элементом и корпусом имеется изоляционный слой (3). Второй металлический вывод (4) выполнен в виде лепестка. Максимальная номинальная емкость КДО из-за однослойной конструкции диэлектрика равняется всего 2200 пФ. Это ограничивает параметры помехоподавления. Нормативно-техническая документация на конденсаторы КДО не содержит требований к таким параметрам. Однако их можно оценить косвенно. Нижняя граница диапазона частот помехоподавления характеризуется частотой среза f_с при которой вносимое затухание равняется 3 дБ, определяется по формуле:

f_с=1|πRC,

где f_с - частота среза, Гц;

R - сопротивление измерительной системы, Ом;

C - емкость фильтра, Ф.

Для емкости 2200 пФ f_с=2,9 МГц. Значения вносимого затухания так же зависят от емкости (чем больше емкость, тем ниже f_с и больше вносимое затухание).

Таким образом, главными недостатками существующих опорных конденсаторов являются низкие помехоподавляющие свойства конденсаторов К73-57 на высоких и КДО - на низких частотах.

Техническим результатом заявляемой полезной модели является улучшение помехоподавляющих свойств опорных конденсаторов, в том числе расширение полосы частот помехоподавления и увеличение значений вносимого затухания в этой полосе.

Указанный технический результат достигается тем, что в заявляемом конденсаторе, в отличие от прототипа, емкостной элемент имеет шайбовую форму и состоит из чередующихся слоев тонкого керамического диэлектрика и двух групп проводящих пластин. Первая группа проводящих пластин электрически соединена с корпусом конденсатора, вторая группа проводящих пластин электрически соединена с проволочным выводом.

Эти группы пластин образуют емкость между внутренней и внешней контактными поверхностями. Такая конструкция имеет минимальное значение собственной индуктивности при высоких значениях удельной емкости. Шайбовые емкостные элементы ранее в опорных конденсаторах не применялись.

Заявляемая совокупность указанных признаков - шайбовый керамический многослойный емкостной элемент в конструкции опорного конденсатора является новой, а заявляемое техническое решение соответствует критерию «новизна».

Конструкция заявляемого опорного конденсатора, представлена на фиг. 4.

Патентуемая конструкция опорного конденсаторов, так же как и у прототипа, представляет собой металлический корпус (5) имеющий резьбовую часть (6) для фиксации конденсатора в аппаратуре. Внутри корпуса размещен и электрически соединен пайкой с корпусом шайбовый емкостной элемент (7). Внутренняя контактная поверхность емкостного элемента электрически пайкой соединена с проволочным выводом (8). Корпус (5) с резьбовой частью (6) является опорным выводом. Проволочный вывод конденсатора (8), предназначенный для электрического соединения со схемой, впаивается во внутреннее отверстие шайбового емкостного элемента. Для предотвращения замыкания этого вывода на корпус, между емкостным элементом и корпусом располагается фторопластовый изоляционный диск (9), который выполнен из двух деталей.

В отличие от прототипа емкостной элемент заявляемого конденсатора выполнен в виде шайбового многослойного элемента, который состоит из чередующихся слоев керамического диэлектрика и двух групп проводящих пластин. Первая группа проводящих пластин (10) электрически соединена с корпусом (5) конденсатора, а вторая группа проводящих пластин (11) электрически соединена с проволочными выводами (8).

Керамические шайбовые многослойные элементы благодаря коаксиальной конструкции обладают минимальной собственной индуктивностью при высоких значениях удельной емкости. Это обеспечивает хорошие помехоподавляющие свойства заявляемой модели на высоких частотах. Чередующиеся слои керамического диэлектрика и электродов в таких емкостных элементах, отдельные слои которых соединены параллельно, образуют емкость между внутренней и внешней контактными поверхностями. Такая конструкция позволяет получать значения емкости от единиц пФ до десятков мкФ.

В качестве доказательства промышленной применяемости приводим примеры конкретного исполнения заявляемого в качестве полезной модели опорного конденсатора.

На фиг. 5 и в таблице 1 приведены его размеры(4 типоразмера исполнения), а в таблице 2 значения номинальных емкостей. Конденсатор имеет 3 группы температурной стабильности (МП0, Н20, Н50) в зависимости от состава керамического диэлектрика и номинальное напряжение 500 В.

Для доказательства технического результата заявляемой полезной модели были проведены измерения частотных зависимостей вносимого затухания и их сравнение с керамическим конденсатором-прототипом КДО и серийно выпускаемым ОАО «НИИ «Гириконд» опорным пленочным конденсатором К73-57.

Полученные с помощью измерителя комплексных коэффициентов передачи «Обзор - 103» частотные зависимости для патентуемых конденсаторов с минимальным и максимальным значениями емкости представлены на фиг. 6 и 7. На фиг. 6 - с минимальным значениями емкости (гр. ТСЕ МП0, 47 пФ) на фиг 7 - с максимальным значениями емкости (гр. ТСЕ Н20 0,22 мкФ). Документация на конденсаторы КДО, разработанные в 50-е годы прошлого века, не содержит требований к параметрам вносимого затухания, однако аналогичные зависимости были получены и для этих конденсаторов (фиг. 8). Технические результат заявляемой полезной модели не вызывают сомнения, как по диапазону номинальных емкостей, так и по параметрам помехоподавления.

Помехоподавляющие параметры заявляемой полезной модели сравнивались с соответствующими параметрами конденсаторов К73-57 и конденсатора-прототипа КДО путем их сопоставления для одной номинальной емкости 0,22 мкФ:

- фиг. 2, кривая 5 - К73-57;

- фиг. 7 - заявляемая модель

- фиг. 8 конденсатор-прототип КДО.

Результаты сравнения приведены в таблице 3.

Полученные данные свидетельствуют, что применение керамического многослойной шайбовой конструкции емкостного элемента позволило значительно улучшить помехоподавляющие свойства опорных конденсаторов, в том числе расширить диапазон частот помехоподавления и увеличить значения вносимого затухания в этой полосе.

Так же в качестве промышленной применяемости приведем пример сборки заявляемого керамического опорного помехоподавляющего конденсатора. Корпус конденсатора устанавливается в специальное приспособление резьбовой шпилькой вниз и затем осуществляется сборка элементов в следующей последовательности:

- изоляционный диск;

- емкостной элемент;

- проволочный вывод;

- кольца припоя для припайки емкостного элемента и проволочного вывода.

Приспособление с собранным конденсатором устанавливается на электроплитку и выдерживается при повышенной температуре до расплавления колец припоя. После измерения параметров осуществляется герметизация конденсатора компаундом ЭК-59.

Заявляемый керамический опорный конденсатор предназначен для использования в различной электронной аппаратуре и электрическом оборудовании для обеспечения электромагнитной совместимости.

Керамический опорный помехоподавляющий конденсатор

Прилагаемые чертежи:

фиг. 1 - конструкция известного опорного конденсатора - аналога К73-57

фиг. 2 - диаграмма частотной зависимости вносимого затухания для конденсатора - аналога К73-57

фиг. 3 - конструкция опорного керамического конденсатора - прототипа КДО.

фиг. 4 - патентуемая конструкция керамического опорного помехоподавляющего конденсатора.

фиг. 5 - пример конкретного исполнения патентуемого опорного конденсатора.

фиг. 6 - частотная зависимость вносимого затухания для патентуемого конденсатора группы ТСЕ МП0, номинальная емкость 47 пФ.

фиг. 7 - частотная зависимость вносимого затухания для патентуемого конденсатора группы ТСЕ Н20, номинальная емкость 0,22 мкФ.

фиг. 8 - частотная зависимость вносимого затухания для конденсатора -прототипа КДО.

Claims (1)

1. Керамический опорный помехоподавляющий конденсатор, содержащий металлический корпус с резьбовой частью, являющийся опорным выводом, емкостной элемент, диск из изоляционного материала, расположенный между корпусом и емкостным элементом, и проволочный вывод, отличающийся тем, что емкостной элемент имеет шайбовую форму и состоит из чередующихся слоев керамического диэлектрика и двух групп проводящих пластин, при этом первая группа проводящих пластин электрически соединена с корпусом, а вторая группа проводящих пластин электрически соединена с проволочным выводом.

   

Images