קבל משתנה

קבל משתנה (באנגלית: Variable capacitor) הוא קבל שהקיבול שלו עשוי להשתנות באופן מכוון וחוזר באופן מכני או אלקטרוני. קבלים משתנים משמשים לעיתים קרובות במעגלי LC כדי לקבוע את תדר התהודה, על מנת לכוון למשל רדיו (לכן הוא נקרא לפעמים קבל כוונון או מעבה כוונון), או כעכבה חשמלית משתנה, למשל עבור התאמת עכבות (הפרקטיקה של תכנון או התאמה של עכבת הכניסה או עכבת היציאה של מכשיר חשמלי) לערך רצוי במַכְוֵון (טיונר) אנטנות (מכשיר אלקטרוני המוכנס לקו ההזנה בין משדר הרדיו לבין האנטנה שלו).

קיבול מבוקר מכנית

בקבלים משתנים בשליטה מכנית, ניתן לשנות את המרחק בין הלוחות, או את כמות שטח פני הלוח שחופף.

קבלים משתנים באוויר

הצורה הנפוצה ביותר מסדרת קבוצה של לוחות מתכת חצי מעגליים על ציר סיבובי (רוטור (אנ')) הממוקמות במרווחים בין קבוצה של לוחות נייחים (סטטור (אנ')) כך שניתן לשנות את אזור החפיפה על ידי סיבוב הציר. ניתן להשתמש באוויר או ברדיד פלסטיק כחומר דיאלקטרי. על ידי בחירת הצורה של הלוחות הסיבוביים, ניתן ליצור פונקציות שונות של קיבול לעומת הזווית, למשל כדי לקבל סולם תדרים ליניארי. צורות שונות של הפחתה, באמצעות מנגנוני גלגלי שיניים, משמשות לעיתים קרובות להשגת בקרת כוונון עדינה יותר, כלומר לפיזור וריאציה של הקיבול על פני זווית גדולה יותר, לעיתים קרובות על ידי מספר סיבובים. קיבול מקסימלי מושג כאשר הלוחות "מרושתים" זה לזה, כלומר, הם משולבים זה בזה. קיבול מינימלי מושג כאשר הלוחות "לא מרושתים", כלומר, הם אינם משולבים כלל.

מדידת הקיבול של קבל סיבובי
C_min = 29 pF
C = 269 pF
C_max = 520 pF

קבל משתנים בוואקום

קבל משתנה משתמש בסט של לוחות העשויים מצילינדרים קונצנטריים שניתן להחליק פנימה או החוצה באמצעות מערך מנוגד של צילינדרים (שרוול ובוכנה). צלחות אלה נאטמות בתוך מעטפה לא מוליכה כגון זכוכית או קרמיקה וממוקמות תחת ואקום (ריק) גבוה. החלק הנייד (בוכנה) מותקן על ממברנת מתכת גמישה האוטמת ושומרת על הוואקום. מוט בורג מחובר לבוכנה; כאשר הציר מסובב, הבוכנה נעה פנימה או החוצה מהשרוול וערך הקבל משתנה. הוואקום לא רק מגדיל את המתח החשמלי של העבודה ואת יכולת הטיפול בזרם החשמלי של הקבל, הוא גם מקטין מאוד את הסיכוי להיווצרות קשתות חשמליות על פני הלוחות. השימוש הנפוץ ביותר למשתני ואקום הוא במַֹשדרים בעלי הספק גבוה, כגון אלו המשמשים לשידור רדיו צבאי וגם של חובבי רדיו, כמו גם ברשתות כוונון RF בעלות הספק גבוה. קבלים משתנים בוואקום יכולים להיות גם נוחים יותר. מכיוון שהאלמנטים נמצאים בתוך ריק, מתח העבודה יכול להיות גבוה יותר מקבלים משתנים באוויר באותו גודל, מה שמאפשר להקטין את גודל קבל הוואקום.

הקבלים המשתנים הזולים מאוד בנויים משכבות של רדיד אלומיניום ופלסטיק שנלחצים זה על זה באופן משתנה באמצעות בורג. עם זאת, מ"סחטנים" אלה (כפי שנקראים) אינם יכולים לספק קיבול יציב וניתן לשחזור.

קבלים משתנים קטנים המופעלים על ידי מברג (לדוגמה, כדי להגדיר במדויק תדר תהודה במפעל ולאחר מכן לעולם לא להתכוונן שוב) נקראים קבלי גוזם (טרימרים). בנוסף לאוויר ולפלסטיק, ניתן לייצר גוזמים (טרימרים כאמור) גם באמצעות דיאלקטרי מוצק, כגון נציץ.

צורות מיוחדות של קבלים משתנים מכנית

היסטוריה

הקבל המשתנה עם חומר דיאלקטרי אוויר הומצא על ידי המהנדס והממציא היהודי-הונגרי דז'ה קורדה. הוא קיבל פטנט גרמני על ההמצאה ב-13 בדצמבר 1893.^[1]

קיבול מבוקר אלקטרונית

קיבול מכוון באמצעות מתח (חשמלי)

עובי שכבת הדלדול של דיודה (מוליכים למחצה) מוטה הפוך משתנה בהתאם למתח ה-DC (זרם ישר) המופעל על פני הדיודה. כל דיודה מציגה את האפקט הזה (כולל חיבורי p/n בטרנזיסטורים), אבל מכשירים הנמכרים במיוחד כדיודות קיבול משתנה (שנקראות גם ואראקטורים (אנ') או דיודת ואריקאפ (אנ')) מתוכננות עם שטח חיבור גדול ופרופיל סימום שתוכנן במיוחד כדי למקסם את הקיבול.

השימוש בקבלים אלה מוגבל לאמפליטודות אות נמוכות כדי למנוע עיוותים ברורים שכן הקיבול יושפע מהשינוי במתח האות, מה שמונע את השימוש בהם בשלבי הכניסה של מקלטי תקשורת RF איכותיים, שם הם יוסיפו רמות לא מקובלות של אינטרמודולציה. בתדרי גלי רדיו VHF/UHF, למשל במקלטי רדיו FM או בטלוויזיה, הטווח הדינמי מוגבל על ידי רעש ולא על ידי דרישות גדולות לטיפול באותות, ובדרך כלל משתמשים בוואריקפים בנתיב האות.

ואריקאפים משמשים לאיפונון תדרים של מתנדים (אוסצילטורים), ולהכנת מתנדים מבוקרים מתח בתדר גבוה (VCOs), מרכיב הליבה בסינתיסייזרי תדרים מסוג חוג נעול מופע (PLL) שנמצאים בכל מקום בציוד תקשורת מודרני.

קיבול מכוון דיגיטלית

קבל מכוון דיגיטלית הוא קבל משתנה מעגל משולב (IC) המבוסס על מספר טכנולוגיות. התקני MEMS, BST ו-SOI / SOS זמינים ממספר ספקים ומשתנים בטווח הקיבול, גורם האיכות והרזולוציה עבור יישומי כוונון RF שונים.

מתמרים

קיבול משתנה משמש לעיתים להמרת תופעות פיזיקליות לאותות חשמליים.

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא קבל משתנה בוויקישיתוף

הערות שוליים

^ George Washington Pierce: Principles of wireless telegraphy, McGraw-Hill book company, New York, 1910, p. 114. (Photo of rotary capacitor of Korda).

[1] George Washington Pierce: Principles of wireless telegraphy, McGraw-Hill book company, New York, 1910, p. 114. (Photo of rotary capacitor of Korda).

[1]