Вариконд: принцип работы, характеристики и применение

Вариконд — это электрический конденсатор, ёмкость которого нелинейно изменяется в широких пределах в зависимости от напряжения, приложенного к его обкладкам. В отличие от стандартных конденсаторов, где ёмкость считается постоянной величиной, вариконд использует свойства сегнетоэлектриков для управления параметрами цепи.

Конструкция и физика работы

В качестве изолятора (диэлектрика) в варикондах применяется специальная керамика, обладающая свойствами сегнетоэлектрика. Диэлектрическая проницаемость такого материала значительно изменяется при изменении напряжённости электрического поля, в котором он находится. С увеличением напряжения диэлектрическая проницаемость (а, значит, и ёмкость конденсатора) растёт до определённого значения, а затем снижается.

Для изготовления варикондов используются материалы, имеющие резко выраженные нелинейные электрические свойства. Основными сегнетоэлектрическими материалами, используемыми для изготовления варикондов, являются твердые растворы.

Технические характеристики и параметры

Одна из основных характеристик варикондов — коэффициент нелинейности, равный отношению максимального значения диэлектрической проницаемости при некоторой, максимальной для данного материала напряженности электрического поля, к начальному значению диэлектрической проницаемости.

Основные параметры

• Коэффициент нелинейности: может изменяться от 4 до 50 (в переменном поле).
• Номинальная ёмкость: от 10 до 100 000 пФ (при напряжении 5 В и частоте 50 Гц).
• Диапазон ёмкости в серийном производстве: от 10 пФ до 0,22 мкФ.

• Зависимость от температуры: степень нелинейности и емкость сильно зависят от температуры.

С увеличением приложенного напряжения диэлектрическая проницаемость, а, следовательно, и электрическая емкость вариконда возрастают, достигают максимума и затем снижаются.

Принцип работы в электрических цепях

В простейшем случае вариконды работают под воздействием переменного синусоидального поля и постоянного электрического поля, причем напряженность постоянного поля значительно превышает напряженность переменного поля. Чем сильнее приложенное к сегнетоэлектрику постоянное поле, тем меньшее влияние на суммарную электрическую индукцию в сегнетоэлектрике оказывает переменное поле.

Преимущества и недостатки

Вариконды обладают рядом уникальных свойств, определяющих их нишевое применение:

Преимущества

• Высокая механическая прочность.
• Устойчивость к вибрациям, тряске и влаге.
• Практически неограниченный срок службы.

Недостатки

• Временная и температурная нестабильность ёмкости.
• Ограниченный диапазон рабочих частот и температур.
• Высокие значения диэлектрических потерь.

Область применения

Вариконды предназначены для управления параметрами электрических цепей за счет изменения их емкости при воздействии как постоянного или переменного напряжений, так и нескольких напряжений, приложенных одновременно и различающихся по значению и частоте. Вариконды являются нелинейными конденсаторами и по своему функциональному действию аналогичны варикапам.

Высокие нелинейные свойства позволяют использовать вариконды для:

• Стабилизации тока и напряжения.
• Умножения частоты.
• Автоматического бесконтактного дистанционного управления.
• Преобразования синусоидального напряжения в импульсное.
• Усиления электрической мощности и других задач.