4.4. Конденсаторы
Конденсаторы относятся
к одному из наиболее распространенных компонентов РЭА. В программе EWB 4.1 конденсаторы
представлены тремя типами, показанными на рис. 4.35, а. 
Первый тип охватывает практически
все конденсаторы, второй — электролитические, третий — подстроечные; значение
емкости каждого конденсатора может быть установлено в пределах от 10'8 пФ до
10е Ф. Емкость подстроечного конденсатора может изменяться нажатием назначенной
пользователем клавиши клавиатуры (по умолчанию — клавиши С), начиная от максимального
значения до минимального с заданным шагом (от 1 до 100%). Все эти установки
производятся с помощью диалогового окна на рис. 4.36.
При расчете переходных
процессов в программе используется схема замещения конденсатора, показанная
на рис. 4.35, б, параметры которой определяются выражениями [67]: 
при численном интегрировании
по методу трапеций; 
при использовании метода
Гира.
Здесь h — приращение времени
на каждом шаге интегрирования; I„ — значение тока эквивалентного источника на
п-м шаге; Rc„, U„ и Ic„ — сопротивление шунтирующего резистора, напряжение на
конденсаторе и ток на га-м шаге.
В качестве примера рассмотрим
используемую на практике схему емкостного делителя (рис. 4.37). Выходное напряжение
делителя, измеряемое мультиметром, определяется формулой: 
(4.4) 
Рис. 4.37. Емкостной делитель
Поскольку измерения можно
проводить при различной форме напряжения функционального генератора, то при
сопоставлении результатов расчета по формуле (4.4) и результатов моделирования
необходимо учитывать, что мультиметр измеряет эффективное значение напряжения,
которое для синусоидального сигнала составляет 0,707 от амплитудного, 0,578
— для треугольного и равно амплитуде меандра (прямоугольный сигнал со скважностью
2). Рассмотрим возможность использования в качестве подстроечного конденсатора
варикапа — специально сконструированного диода, барьерная емкость р—га-перехода
которого зависит от обратного напряжения: 
(4.5)
где С„ — емкость перехода
при обратном напряжении U„, С, — емкость при нулевом напряжении, Ui — температурный
потенциал перехода (при комнатной температуре он составляет 26 мВ), т=0,5 —
для резких (сплавных) и 0,333 — для плавных (диффузионных) переходов.
Основной параметр варикапа
— емкость С„ при номинальном напряжении смещения. Кроме того, указываются максимальная
С„„,„ и минимальная С,„» емкости при минимальном и максимальном напряжениях
смещения соответственно. Иногда в числе характеристик варикапа приводится коэффициент
перекрытия емкости — отношение максимальной емкости к минимальной.
Качество конденсатора характеризуется
добротностью, которая определяется как отношение реактивного сопротивления к
полному сопротивлению потерь диода на заданной частоте. Повышение добротности
достигается путем уменьшения утечек.
В программе EWB нет специальной
модели варикапа, вместо нее можно использовать модель диода. В перечень параметров
диода входят следующие (см. рис. 4.38, в квадратных скобках приведены обозначения
параметров, принятые в EWB 5.0):
Saturation current Is [IS],
A — обратный ток диода, по умолчанию 10 " А;
Ohmic resistance rs [RS],
Ом — объемное сопротивление (от десятков до десятых долей Ом);
Zero-bias junction capacitance
Cj [CJO], Ф — барьерная емкость р— га-перехода при нулевом напряжении (от единиц
до десятков пФ);
Junction potential vj [VJ],
В — контактная разность потенциалов (0,75 В);
Tranzit time т [ТТ], с
— время переноса заряда;
Junction grading coefficient
m [M] — конструктивный параметр перехода (см. формулу (4.5), в большинстве случаев
m = 0,333);
Rovers Bias Breakdown Voltage
Vbr [BV], В — максимальное обратное напряжение, задается со знаком минус, для
стабилитронов параметр не нормируется.
Для стабилитронов в перечень
параметров включаются:
Zener test current Izt
[IZT], A — номинальный ток стабилизации (от единиц до десятков мА);
Zener test voltage at Izt
Uzt [VZT], В — напряжение стабилизации при номинальном токе стабилизации. 
Рис. 4.39. Емкостной делитель
с диодом
Схема емкостного делителя
с использованием диода (рис. 4.39) содержит цепь смещения (цепь управления барьерной
емкостью), состоящую из источника напряжения Uc и резистора R, генератор (амплитуда
1 В, частота 1 МГц), мультиметр, эталонный конденсатор Со и исследуемый диод
VD типа kl (переименованная модель Ideal
для возможности редактирования параметров) с барьерной емкостью Ci = 100 пФ
при нулевом напряжении на переходе. Конденсаторы Со и Ci образуют емкостной
делитель, выходное напряжение которого определяется выражением (4.4). С помощью
этого выражения можно определить емкость 
(4.6)
Контрольные вопросы и задания
Вопросы составлены с учетом
сведений, приведенных в Приложении 2.
1. Определите коэффициент
деления емкостного делителя на рис. 4.37 при минимальных и максимальных значениях
емкости конденсаторов CI и С2, указанных на рис. 4.35.
2. Изменяя напряжение Uc
источника смещения в схеме на рис. 4.39 и измеряя мультиметром напряжение Uo,
с помощью формулы (4.6) найдите зависимость барьерной емкости диода от напряжения
Uc и сравните с результатами расчета по формуле (4.5).
3. Рассчитайте зависимость
барьерной емкости обратно смещенного диода от напряжения смещения в схеме рис.
4.39 при т=0,5 и 0,333 и сравните полученные данные с результатами моделирования.
Проведите аналогичные исследования для стабилитрона, при этом необходимо учесть,
что максимальное напряжение смещения должно быть меньше напряжения стабилизации.
4. Какая разница между
керамическим и электролитическим конденсатором?
5. В честь кого названа
единица емкости?
6. Назовите области применения
конденсаторов.
7. Какие типы конденсаторов
Вы знаете?
8. Что такое номинальное
значение емкости конденсатора и какими нормативными документами оно устанавливается?
9. С какими допусками выпускаются
конденсаторы?
10. Назовите основные характеристики
конденсаторов и определите их значимость в зависимости от области применения.
11. Какие Вы знаете конденсаторы
с электрически управляемой емкостью?
12. В какой бытовой аппаратуре
используются варикапы и с какой целью?
|
