Что можно сделать из конденсаторов своими руками
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 05.10.2024
При изготовлении лампового усилителя мощности для любительской радиостанции, особенно если это радиостанция первой категории, одной из основных трудностей является приобретение КПЕ с большим зазором между пластинами ротора и статора. Промышленностью такие конденсаторы, если и выпускались, то в ограниченных количествах, и в розничную продажу они не поступали. Оставался один путь — использовать конденсатор от списанной передающей аппаратуры, которой тоже крайне мало, а желающих получить такой конденсатор гораздо больше.
Автор статьи предлагает технологию самостоятельного изготовления конденсатора, позволяющую получить его параметры такими, какие требуются для конкретного усилителя мощности.
На Черкесской городской станции юных техников, где автор на протяжении 30 лет руководит радиокружками, по описанному ниже способу было изготовлено шесть таких конденсаторов. Процесс изготовления КПЕ довольно трудоемкий, но не сложный. Необходимую точность изготовления обеспечила специальная технология с применением простейших станков, которыми оборудованы большинство школ и СЮТ, —токарного и фрезерного. Можно обойтись даже одним токарным станком, правда, в этом случае резко возрастет доля ручной слесарной работы.
Начинать работу следует с определения основных параметров конденсатора: зазора между пластинами ротора и статора, допустимых габаритов и его максимальной емкости.
Зададим минимально возможный зазор между пластинами 2 мм, так как оконечный каскад питается напряжением 2000 В, а расстояние между пластинами переменного конденсатора, согласно [1], должно быть 0.7. 1 мм на каждую тысячу вольт.
Габариты конденсатора определяет наличие свободного пространства в усилителе, но следует учесть, что конденсатор с одинаковыми параметрами можно изготовить с пластинами большой площади, тогда длина его будет меньше, или увеличить (в разумных пределах) его длину и уменьшить площадь пластин. Длину оси ротора конденсатора выбираем 180 мм. Детали большей длины с посадочными местами под подшипники и токосъемники обработать с необходимой точностью на указанных выше станках без применения люнетов (приспособление на металлорежущих станках, служащее дополнительной опорой при обработке длинных деталей.) затруднительно. На установку подшипников, токосъемников и ручки управления отведем 60 мм. Для пакета пластин ротора остается 120 мм (размеры ориентировочные).
Все пластины конденсатора вырезаем из одного и того же листа материала, например, алюминиевого сплава Д16Т толщиной 0,7 мм. Это обеспечит точность зазора между пластинами ротора и статора.
Поскольку зазор между пластинами конденсатора выбран 2 мм, то расстояние между пластинами статора должно быть в два раза больше плюс толщина материала пластины. В нашем случае — 4,7 мм. Естественно, что между пластинами ротора должно быть точно такое же расстояние.
Чтобы определить число пластин ротора, следует разделить длину пакета ротора на расстояние между пластинами плюс толщина пластины: 120/(4,7+0,7)«22. Число статорных пластин на одну больше — 23.
Традиционный способ сборки пластин статора на двух шпильках с прокладкой между пластинами калиброванных шайб (рис. 1) обеспечит зазоры между пластинами с достаточной точностью. Внешний диаметр калиброванных шайб — 9 мм.
Для расчета максимальной емкости КПЕ воспользуемся формулой из [2], которая для прямоемкостного конденсатора с углом поворота 180° (рис. 2) имеет вид:
Cv = 0,14(R2-r2)(n-1)/d , где Cv — емкость конденсатора, пФ; R — радиус роторной пластины, см; г — радиус выреза в статорной пластине, см (он равен радиусу калиброванной шайбы плюс расстояние между пластинами плюс 0,5 мм, в нашем случае г будет равен 4,5+2,5=7 мм); п — число пластин в конденсаторе; d — расстояние между пластинами конденсатора, см.
Подставляя в эту формулу различные значения R, вычислим, при каком его значении получится нужная емкость. Так как придется сделать несколько подсчетов при разных радиусах, удобнее воспользоваться компьютером и программой, написанной на Бейсике:
20 INPUT"Радиус роторной пластины в см. R Радиус выреза в статорной пластине в см. г Расстояние между пластинами в см. d Число пластин n 2 - R1"2)* (N-1))/ D
110 PRINT "Максимальная емкость переменного конденсатора С =";С;"пФ"
130 INPUT" Продолжить — 1; Закончить — 2"; А
140 IF A=1 THEN 20
После введения наших данных (R = 3 см; г = 0,7 см; d = 0,2 см; п = 45) максимальная емкость конденсатора получилась 262 пф. Ее не хватает только для диапазона 1,8 МГц. Если увеличить R до 4 см, емкость конденсатора будет 477 пф, что вполне достаточно. Однако размеры конденсатора увеличатся, что не предусмотрено имеющимся свободным объемом.
Для изготовления деталей конденсатора, статорных и роторных пластин, для сверления в них отверстий требуется сделать кондуктор. Он состоит из двух одинаковых деталей (рис. 3): одной — стальной, другой — из сплава Д16Т (обе толщиной 4 мм). Разметку деталей следует делать острой чертилкой, стремясь к максимальной точности. На-кернить, при необходимости используя лупу. Сверлить отверстия необходимо одновременно в обеих деталях, зажав пакет ручными тисками (струбциной).
Первоначально сверлим установочные отверстия 1 диаметром 2,5 мм, затем через эти отверстия стягиваем пакет двумя винтами М2,5 с гайками. Винты (рис. 4) вытачиваем на токарном станке, причем та их часть, где нет резьбы, должна иметь диаметр, позволяющий винтам легко, но без люфта, входить в отверстия 1. Затем сверлим остальные отверстия.
Отверстие 2 в центре пластин кондуктора необходимо для центрирования пакета в патроне токарного станка. Отверстия 3 и 4 нужно просверлить как можно точнее. Сначала сверлом диаметром 1. 1,5 мм по месту кернения сделать заход на глубину 2 мм, затем отверстия сверлить насквозь сверлами с постепенно увеличивающимся диаметром (например, 2,5; 4; 6 мм). Кроме отверстий, в кондукторе следует сделать боковой пропил на глубину 2. 3 мм для ориентировки пластин при сборке статора.
С помощью кондуктора заготавливаем технологические пластины размерами 70x70 мм, по две штуки для статора и ротора. Материал — сплав Д16Т или стеклотекстолит толщиной 2,5—3 мм. Для изготовления технологических пластин для статора нужно выточить два винта (рис. 4), но длину нерезьбовой части увеличить на толщину технологической пластины. Совместив стальную пластину кондуктора (см. рис. 3) и технологическую пластину, пакет зажать ручными тисками и сверлить по кондуктору установочные отверстия 1. Снизу наложить вторую пластину кондуктора, совместив ориентировочные пропилы, и стянуть пакет через отверстия 1 заготовленными винтами. Просверлить остальные отверстия, кроме отверстия 4, за один проход, используя сверла конечного диаметра (кондуктор обеспечит необходимую точность). Сделать ориентировочный боковой пропил. Аналогично изготовить вторую технологическую пластину статора.
Технологические пластины ротора изготовить таким же способом, но только с отверстиями 1, 2, 4.
Заготовки для роторных и статорных пластин имеют размеры, равные размерам кондуктора с допуском ±1 мм. Их следует вырезать с помощью резака, так как ножницы по металлу деформируют материал. Число заготовок, согласно расчету, плюс 2—4 штуки. Используя стальную пластину кондуктора и ручные тиски (струбцину), во всех заготовках просверлить отверстия 1. После этого из заготовок собрать пакеты толщиной до 3 мм. Сверху и снизу пакета установить пластины кондуктора, совместив их ориентировочные пропилы. Пакет стянуть через отверстия 1 изготовленными ранее винтами. Через стальную пластину кондуктора просверлить за один проход отверстия: в пластинах статора — все, кроме 2 и 4 (см. рис. 3); в пластинах ротора — только отверстие 4. Сделать ориентировочный пропил.
Острым ножом или сверлом большого диаметра (вручную) убрать заусенцы вокруг отверстий. Заусенцы по краям пластин убрать напильником. Следить за тем, чтобы случайно не погнуть пластины во время работы.
Для изготовления статорных пластин собрать пакет из нужного числа заготовок и двух технологических пластин, которые установить по краям набора. Все ориентировочные пропилы совместить. Пакет туго стянуть четырьмя винтами (рис. 5). Длина нерезьбовой части винтов должна быть равна толщине набора, а ее диаметр должен быть таким, чтобы без заметного люфта входить в просверленные отверстия в пластинах. Так как все отверстия сверлили с помощью кондуктора и ориентация пластин сохранена, пакет собирается без проблем с первого раза.
Пакет установить и отцентровать в патроне токарного станка. Допустимое биение — 0,2 мм. Биений в плоскости пластин также не должно быть заметно. Просверлить в центре пакета отверстие диаметром 8. 9 мм и довести его диаметр до 2г расточным резцом (см. рис. 2).
Симметрично обрезать края пакета на фрезерном станке до размеров 60x60 мм, и дисковой фрезой толщиной 2 мм точно через центр разрезать пакет по длине пополам. На обрезанном пакете сделать ориентировочный пропил. Убрать стягивающие винты и снять заусенцы по периметру пластин, чтобы в дальнейшем избежать электрического пробоя. Вторая половина пакета может пригодиться для изготовления другого конденсатора. Ориентировочные пропилы на второй половине необходимо сместить к центру, чтобы при сборке не путать пластины из разных половин. Можно обрезать пакет с определенным запасом ножовкой по металлу, а доводку до нужного размера сделать напильником.
Заготовки роторных пластин собрать в пакет аналогично статорному. Стягивающий винт в этом случае только один, пропущенный через отверстие 4. Пластины выровнять по ориентировочному пропилу. Пакет установить в патроне токарного станка и отцентровать. В центре пакета просверлить осевое отверстие диаметром 6 мм. Проследить, чтобы при заходе сверло "не било".
Выточить стальной винт (рис. 6), на котором будет обрабатываться пакет. При изготовлении винта и обработке пакета использовать центр задней бабки станка. Не вынимая из патрона изготовленный винт, надеть на него пакет и туго притянуть его двумя гайками. Обработать пакет до диаметра 60 мм и снять его вместе с центральным винтом. Стягивающий винт удалить.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бунин С.Г., Яйленко Л. П. Справочник радиолюбителя—коротковолновика. — Киев: Техника, 1978.
2. Фролов Л. Р. Радиодетали и узлы. — М.: Выпшая школя. 197FJ.
Электрическая емкость земного шара, как известно из курса физики, составляет примерно 700 мкФ. Обычный конденсатор такой емкости можно сравнить по весу и объему с кирпичом. Но есть и конденсаторы с электроемкостью земного шара, равные по своим размерам песчинке - суперконденсаторты.
Появились такие приборы сравнительно недавно, лет двадцать назад. Их называют по-разному: ионисторами, иониксами или просто суперконденсаторами.
Не думайте, что они доступны лишь каким-то аэрокосмическим фирмам высокого полета. Сегодня можно купить в магазине ионистор размером с монету и емкостью в одну фараду, что в 1500 раз больше емкости земного шара и близко к емкости самой большой планеты Солнечной системы — Юпитера.
Любой конденсатор запасает энергию. Чтобы понять, сколь велика или мала энергия, запасаемая в ионисторе, важно ее с чем-то сравнить. Вот несколько необычный, зато наглядный способ.
Иногда думают, что ионисторы способны заменить любой аккумулятор. Журналисты живописали мир будущего с бесшумными электромобилями на суперконденсаторах. Но пока до этого далеко. Ионистор массой в один кг способен накопить 3000 Дж энергии, а самый плохой свинцовый аккумулятор — 86 400 Дж — в 28 раз больше. Однако при отдаче большой мощности за короткое время аккумулятор быстро портится, да и разряжается только наполовину. Ионистор же многократно и без всякого вреда для себя отдает любые мощности, лишь бы их могли выдержать соединительные провода. Кроме того, ионистор можно зарядить за считаные секунды, а аккумулятору на это обычно нужны часы.
Это и определяет область применения ионистора. Он хорош в качестве источника питания устройств, кратковременно, но достаточно часто потребляющих большую мощность: электронной аппаратуры, карманных фонарей, автомобильных стартеров, электрических отбойных молотков. Ионистор может иметь и военное применение как источник питания электромагнитных орудий. А в сочетании с небольшой электростанцией ионистор позволяет создавать автомобили с электроприводом колес и расходом топлива 1-2 л на 100 км.
Ионисторы на самую разную емкость и рабочее напряжение есть в продаже, но стоят они дороговато. Так что если есть время и интерес, можно попробовать сделать ионистор самостоятельно. Но прежде чем дать конкретные советы, немного теории.
Из электрохимии известно: при погружении металла в воду на его поверхности образуется так называемый двойной электрический слой, состоящий из разноименных электрических зарядов — ионов и электронов. Между ними действуют силы взаимного притяжения, но заряды не могут сблизиться. Этому мешают силы притяжения молекул воды и металла. По сути своей двойной электрический слой не что иное, как конденсатор. Сосредоточенные на его поверхности заряды выполняют роль обкладок. Расстояние между ними очень мало. А, как известно, емкость конденсатора при уменьшении расстояния между его обкладками возрастает. Поэтому, например, емкость обычной стальной спицы, погруженной в воду, достигает нескольких мФ.
По сути своей ионистор состоит из двух погруженных в электролит электродов с очень большой площадью, на поверхности которых под действием приложенного напряжения образуется двойной электрический слой. Правда, применяя обычные плоские пластины, можно было бы получить емкость всего лишь в несколько десятков мФ. Для получения же свойственных ионисторам больших емкостей в них применяют электроды из пористых материалов, имеющих большую поверхность пор при малых внешних размерах.
На эту роль были перепробованы в свое время губчатые металлы от титана до платины. Однако несравненно лучше всех оказался… обычный активированный уголь. Это древесный уголь, который после специальной обработки становится пористым. Площадь поверхности пор 1 см3 такого угля достигает тысячи квадратных метров, а емкость двойного электрического слоя на них — десяти фарад!
При зарядке ионистора в одной его половине на порах угля образуется двойной электрический слой с электронами на поверхности, в другой — с положительными ионами. После зарядки ионы и электроны начинают перетекать навстречу друг другу. При их встрече образуются нейтральные атомы металла, а накопленный заряд уменьшается и со временем вообще может сойти на нет.
Чтобы этому помешать, между слоями активированного угля и вводится разделительный слой. Он может состоять из различных тонких пластиковых пленок, бумаги и даже ваты.
В любительских ионисторах электролитом служит 25%-ный раствор поваренной соли либо 27%-ный раствор КОН. (При меньших концентрациях не сформируется слой отрицательных ионов на положительном электроде.)
В качестве электродов применяют медные пластины с заранее припаянными к ним проводами. Их рабочие поверхности следует очистить от окислов. При этом желательно воспользоваться крупнозернистой шкуркой, оставляющей царапины. Эти царапины улучшат сцепление угля с медью. Для хорошего сцепления пластины должны быть обезжирены. Обезжиривание пластин производится в два этапа. Вначале их промывают мылом, а затем натирают зубным порошком и смывают его струей воды. После этого прикасаться к ним пальцами не стоит.
Активированный уголь, купленный в аптеке, растирают в ступке и смешивают с электролитом до получения густой пасты, которой намазывают тщательно обезжиренные пластины.
При первом испытании пластины с прокладкой из бумаги кладут одна на другую, после этого попробуем его зарядить. Но здесь есть тонкость. При напряжении более 1 В начинается выделение газов Н2, О2. Они разрушают угольные электроды и не позволяют работать нашему устройству в режиме конденсатора-ионистора.
Поэтому мы должны заряжать его от источника с напряжением не выше 1 В. (Именно такое напряжение на каждую пару пластин рекомендовано для работы промышленных ионисторов.)
Подробности для любознательных
При напряжении более 1,2 В ионистор превращается в газовый аккумулятор. Это интересный прибор, тоже состоящий из активированного угля и двух электродов. Но конструктивно он выполнен иначе (см. рис. 2). Обычно берут два угольных стержня от старого гальванического элемента и обвязывают вокруг них марлевые мешочки с активированным углем. В качестве электролита употребляется раствор КОН. (Раствор поваренной соли применять не следует, поскольку при ее разложении выделяется хлор.)
Газовый аккумулятор простейшей конструкции оказался склонен к полному саморазряду за 4-6 часов. Это и положило конец опытам. Кому же нужен автомобиль, который после ночной стоянки нельзя завести?
Компоненты электрической цепи
Требования снизить размеры радиодеталей при увеличении их технических характеристиках послужило причиной появления большого количества приборов, которые сегодня используются повсеместно. Это в полной мере коснулось и конденсаторов. Так называемые ионистры или суперконденсаторы являются элементами с большой емкостью (разброс данного показателя достаточно широк от 0,01 до 30 фарад) с напряжением зарядки от 3 до 30 вольт. При этом их размеры очень малы. А так как предмет нашего разговора – это ионистр своими руками, то необходимо в первую очередь разобраться с самим элементом, то есть, что он собой представляет.
Конструктивные особенности ионистра
По сути, это обычный конденсатор с большой емкостью. Но у ионистров большое сопротивление, потому что в основе элемента лежит электролит. Это первое. Второе – это небольшое напряжение зарядки. Все дело в том, что в этом суперконденсаторе обкладки располагаются очень близко друг к другу. Именно это и является причиной сниженного напряжения, но именно по этой причине и увеличивается емкость конденсатора.
Заводские ионистры изготавливаются из разных материалов. Обкладки обычно делаются из фольги, которые разграничивает сухое вещество сепарирующего действия. К примеру, активированный уголь (для больших обкладок), оксиды металлов, полимерные вещества, у которых высокая электрическая проводимость.
Собираем ионистр своими руками
Сборка ионистра своими руками – дело не самое простое, но в домашних условиях его сделать все же можно. Есть несколько конструкций, где присутствуют разные материалы. Предлагаем одну из них. Для этого вам понадобится:
- металлическая баночка от кофе (50 г);
- активированный уголь, который продается в аптеках, его можно заменить истолченными угольными электродами;
- два круга из медной пластины;
- вата.
В первую очередь необходимо приготовить электролит. Для этого сначала надо истолочь активированный уголь в порошок. Затем сделать солевой раствор, для чего в 100 г воды надо добавить 25 г соли, и все это хорошо перемешать. Далее, в раствор постепенно добавляется порошок активированного угля. Его количество определяет консистенция электролита, она должна быть плотностью, как замазка.
После чего готовый электролит наносится на медные круги (на одну из сторон). Обратите внимание, чем толще слой электролита, тем больше емкость ионистра. И еще один момент, толщина наносимого электролита на двух кругах должна быть одинаковая. Итак, электроды готовы, теперь их надо разграничить материалом, который бы пропускал электрический ток, но не пропускал угольный порошок. Для этого используется обычная вата, хотя вариантов и здесь немало. Толщина ватного слоя определяет диаметр металлической баночки от кофе, то есть, вся эта электродная конструкция должна в нее спокойно поместиться. Отсюда, в принципе, и придется подбирать размеры самих электродов (медных кругов).
Остается только сами электроды подключить к выводам. Все, ионистр, изготовленный своими руками, да еще в домашних условиях, готов. У такой конструкции не очень большая емкость – не выше 0,3 фарад, да и напряжение зарядки всего лишь один вольт, но это самый настоящий ионистр.
Заключение по теме
Что можно еще в дополнении сказать об этом элементе. Если его сравнивать, к примеру, с аккумулятором никель-металлгидридного типа, то ионистр спокойно может держать запас электроэнергии до 10% от аккумуляторной мощности. К тому же спад напряжения у него происходит линейно, а не скачкообразно. Но уровень зарядки элемента зависит от технологического его назначения.
В свое время волшебное царство радиодеталей и электронных схем захватило многих, в том числе, поработило и мою собственную душу. Сегодня в тренде программисты, но нам, бывшим радистам и электронщикам, нет смысла проливать слезы, доставая из заветных коробочек волшебные радиокомпоненты. Находчивые и веселые ребята придумали много оригинальных поделок из ненужных радиодеталей, которые не сложно повторить своими руками, чтобы подарить друзьям.
Прикольные человечки из радиодеталей
Ни что не мешает и Вам придумать что-то оригинальное свое. За рубежом подобное творчество носит название Sparebots.
Будь Ваш друг баянистом или строителем – любого из них можно спаять. Голова баяниста – проволочный потециометр.
Как видите, нашелся подходящий образ и для штангиста и для балерины. Кусок старой печатной платы прекрасно работает в качестве подставки.
Эти молодые люди решили познакомиться. Туловище парня – герконовое реле.
Примерно вот так выглядят люди, которые нравятся друг другу. В этой поделке используется только три разновидности радиодеталей: микросхемы, резисторы и конденсаторы.
Этот парень успешно сдал ЕГЭ и поступил в институт. Парня зовут Дима, а полное имя его кота – Маркус. Наверное, старый диод лучше всего подходит для имитации мордочки животного.
Модели роботов очень органичны
Подлинный робот и состоит из электронных компонентов в значительной степени. Неудивительно, что макеты роботов из радиодеталей выглядят очень натурально.
Строго говоря, эти ребята собраны не только из радиодеталей. Пожалуй, данное обстоятельство только добавляет реалистичности.
Как видите, можно использовать и фильтры, и разъемы, и стабилитроны, и транзисторы. Суть в том, чтобы сделать фигурку робота максимально выразительной.
Герконы и лампы тоже в ходу. Судя по комплекции фигурки, это скорее биоробот.
Как спаять детские игрушки своими руками
Современные дети явно пресыщены многообразием игрушек, которые можно купить. В этой ситуации прикольные самоделки из старых радиодеталей способны поразить детское воображение своей необычностью.
Например, такую железную дорогу не купишь нигде! Конечно, придется попотеть, спаивая вместе мощные транзисторы. Взамен Вы получите восхищение и благодарность и своего ребенка и его друзей.
В данном случае придется потрудиться не меньше, собирая вместе десятки корпусов микросхем. Возможно, эта САУ понравится Глебу, который поступил в артиллерийское училище.
Кто-то мечтает стать танкистом, кто-то – летчиком. Можно начать с биплана и для его моделирования так же прекрасно подходят микросхемы.
Предпочитаете современный самолет? Не проблема! Только в этом случае придется повозиться, вырезая крылья из печатных плат.
Вертолет так же получился интересный: пусть транзисторы покрутятся в качестве винтов. Фишку с включенным светодиодом можно применить и в других поделках, надо лишь предусмотреть место и контакты для батарейки плюс микровыключатель.
Ах, Чебурашка! Вероятно, ему столько же лет, сколько и советским транзисторам, из которых изготовлена игрушка. Пусть наш Чебурашка понравится современным детям.
Животные и насекомые из резисторов и транзисторов
Признаюсь честно, далеко не всегда получается угадать, какое именно животное или насекомое предстало перед нами в образе из радиодеталей. Однако придумано их не мало и талантливое моделирование фигур всяких зверушек часто поражает воображение.
Во всяком случае, этот паук – очень правдоподобный тарантул. Для его изготовления потребуется сотня электролитических конденсаторов и немало времени.
Возможно, это жучок-плавунец, пусть решают специалисты. Его крылья изготовлены из двух частей одинаковых печатных плат.
Стрекоза – ну просто стратегический бомбардировщик! Для поделки потребуется целый набор печатных плат и десятки операционных усилителей.
Самая грандиозная поделка – морская черепаха. Лучше не беритесь за такое, здесь явно потребуется несколько исполнителей.
Теперь рассмотрим более реальные для повторения поделки, все более простые. Крокодил – очень узнаваем, разве в природе он сделан не из микросхем?
Независимо от окраски, тараканов я тоже не люблю. Однако эти особи имеют две положительные характеристики: они не приносят вреда и спаять подобных насекомых совсем не сложно. Сделаете их много – будет очень реалистично.
Обалденный паук! Поделка не сложная, но где взять точно такие комплектующие?
Очаровательный мышонок и не сложный для повторения. Интересно, для детей это действующий герой?
В сети немалое количество разных песиков, но этот понравился больше всех: минимум деталей и очень выразительно! Обратите внимание, для монтажа использовался клеевой пистолет.
Техника и быт из старых микросхем
В такие шахматы лично я готов играть сколько угодно. Ничего переставлять не надо, наслаждаешься зрелищем и представляешь себя гроссмейстером.
Вам нужно определиться с местом проживания? Согласитесь: трудно найти более выразительную интерпретацию проблемы. Уверен, пока соберете один из макетов, решение вопроса точно придет!
Пожалуй, это самый масштабный и реалистичный проект. Разумеется, не в смысле реализации, но посидеть на таком кресле вполне реально.
Где взять ненужные радиокомпоненты
Читайте также: