مكثف متغير

في كثير من الأحيان، تُرتّب أقسام الجزء الثابت/الدوار المتعددة خلف بعضها البعض على نفس المحور، مما يسمح بضبط عدة دوائر رنانة باستخدام نفس وحدة التحكم، مثل مُنتقي الترددات، ومُرشِّح الإدخال، والمذبذب المُقابل في دائرة الاستقبال. قد تكون للأقسام سعات اسمية متطابقة أو مختلفة، مثل 2 × 330 بيكوفاراد لمُرشِّح ومذبذب AM، بالإضافة إلى 3 × 45 بيكوفاراد لمُرشِّحين ومذبذب في قسم FM من نفس جهاز الاستقبال. غالبًا ما تتضمن المكثفات ذات الأقسام المتعددة مكثفات ضبط مُوازية للأقسام المتغيرة، تُستخدم لضبط جميع الدوائر الرنانة على نفس التردد.

المكثف الفراشي هو شكل من أشكال المكثف المتغير الدوار مع مجموعتين مستقلتين من ألواح الجزء الثابت متقابلتين، ودوار على شكل فراشة مرتب بحيث يؤدي تدوير الدوار إلى تغيير السعات بين الدوار وأي من الجزء الثابت بالتساوي.

تُستخدم مكثفات الفراشة في الدوائر الرنانة المتناظرة، مثل مراحل تضخيم طاقة الترددات الراديوية في تكوين الدفع والسحب ، أو في موالفات الهوائيات المتناظرة حيث يجب أن يكون الدوار "باردًا"، أي متصلًا بجهد أرضي للترددات الراديوية (وليس بالضرورة بجهد أرضي للتيار المستمر ) . وبما أن ذروة تيار الترددات الراديوية تتدفق عادةً من أحد أجزاء الجزء الثابت إلى الآخر دون المرور عبر نقاط التلامس، فإن مكثفات الفراشة قادرة على التعامل مع تيارات رنين عالية للترددات الراديوية، كما هو الحال في هوائيات الحلقة المغناطيسية .

في المكثف الفراشي، لا يمكن للجزء الثابت وكل نصف من الجزء الدوار أن يغطي إلا زاوية قصوى تبلغ 90 درجة لأنه يجب أن يكون هناك وضع بدون تداخل بين الجزء الدوار والجزء الثابت يتوافق مع الحد الأدنى من السعة، وبالتالي فإن دورة 90 درجة فقط تغطي نطاق السعة بالكامل.

لا يتقيد المكثف المتغير ذو الجزء الثابت المنفصل، وهو نوع مشابه، بزاوية 90 درجة، إذ يستخدم مجموعتين منفصلتين من أقطاب الدوار مرتبة محوريًا خلف بعضها البعض. وعلى عكس المكثف متعدد الأجزاء، تُركّب صفائح الدوار في المكثف ذي الجزء الثابت المنفصل على جانبين متقابلين من محور الدوار. ورغم أن هذا النوع يتميز بأقطاب أكبر مقارنةً بالمكثف الفراشي، بالإضافة إلى زاوية دوران تصل إلى 180 درجة، إلا أن فصل صفائح الدوار يُسبب بعض الفقد، حيث يمر تيار الترددات الراديوية عبر محور الدوار بدلًا من أن يتدفق مباشرةً عبر كل ريشة من ريش الدوار.

تحتوي المكثفات التفاضلية المتغيرة أيضًا على جزأين ثابتين مستقلين، ولكن على عكس المكثف الفراشي حيث تزداد سعة كلا الجانبين بالتساوي عند دوران الجزء الدوار، فإن سعة أحد الجزأين في المكثف التفاضلي المتغير تزداد بينما تتناقص سعة الجزء الآخر، مما يحافظ على مجموع سعتي الجزأين الثابتين ثابتًا. ولذلك، يمكن استخدام المكثفات التفاضلية المتغيرة في دوائر قياس الجهد السعوي.

يتغير سمك طبقة الاستنزاف في ثنائي أشباه الموصلات المنحاز عكسيًا بتغير جهد التيار المستمر المطبق عبر الثنائي. يُظهر أي ثنائي هذا التأثير (بما في ذلك وصلات p/n في الترانزستورات)، ولكن الأجهزة التي تُباع خصيصًا كثنائيات ذات سعة متغيرة (تُسمى أيضًا varactors أو varicaps ) مصممة بمساحة وصلة كبيرة وملف تعريف تطعيم مصمم خصيصًا لزيادة السعة إلى أقصى حد.

يقتصر استخدامها على سعات الإشارة المنخفضة لتجنب التشوهات الواضحة، حيث تتأثر السعة بتغير جهد الإشارة، مما يحول دون استخدامها في مراحل الإدخال لأجهزة استقبال الاتصالات اللاسلكية عالية الجودة، حيث تُضيف مستويات غير مقبولة من التشويش البيني . عند ترددات VHF / UHF ، كما هو الحال في أجهزة استقبال راديو FM أو التلفزيون، يكون النطاق الديناميكي محدودًا بالضوضاء وليس بمتطلبات معالجة الإشارات الكبيرة، وتُستخدم المكثفات المتغيرة السعة بشكل شائع في مسار الإشارة.

تُستخدم المكثفات المتغيرة لتعديل تردد المذبذبات، ولصنع مذبذبات عالية التردد يتم التحكم فيها بالجهد (VCOs)، وهي المكون الأساسي في أجهزة توليف التردد ذات الحلقة المغلقة الطورية (PLL) المنتشرة في معدات الاتصالات الحديثة.

تعتمد أجهزة BST على تيتانات الباريوم والسترونتيوم، وتُغيّر سعتها بتطبيق جهد عالٍ عليها. تحتوي هذه الأجهزة على مدخل تحكم تناظري مخصص، ولذلك تُقلل من التشوهات غير الخطية مقارنةً بثنائيات الفاركتور، خاصةً عند استخدام جهود إشارة عالية. تتمثل محدودية أجهزة BST في استقرارها مع تغير درجات الحرارة، وخطيتها في التطبيقات التي تتطلب دقة عالية.

المكثف المُعدَّل رقميًا هو مكثف متغير مُدمج يعتمد على عدة تقنيات. تتوفر أجهزة MEMS وBST و SOI / SOS من عدد من الموردين، وتختلف في نطاق السعة ومعامل الجودة والدقة لتطبيقات ضبط الترددات اللاسلكية المختلفة.

تتميز أجهزة MEMS بأعلى عامل جودة وخطية عالية، مما يجعلها مناسبة لضبط فتحة الهوائي، ومطابقة المعاوقة الديناميكية، ومطابقة حمل مضخم الطاقة، والمرشحات القابلة للتعديل. لا تزال تقنية MEMS لضبط الترددات الراديوية حديثة نسبياً ولم تحظَ بعد بقبول واسع.

تُصنع أجهزة ضبط SOI/SOS على شكل مفاتيح FET صلبة الحالة مبنية على رقائق CMOS معزولة، وتستخدم مكثفات MIM مرتبة بقيم ثنائية موزونة لتحقيق قيم سعة مختلفة. تتميز مفاتيح SOI/SOS بخطية عالية، وهي مناسبة تمامًا لتطبيقات الطاقة المنخفضة التي لا تتطلب جهدًا عاليًا. يتطلب تحمل الجهد العالي توصيل عدة أجهزة FET على التوالي، مما يزيد من مقاومة التوالي ويقلل من عامل الجودة.

تم تصميم قيم السعة لمطابقة معاوقة الهوائي في الهواتف المحمولة متعددة النطاقات LTE GSM / WCDMA وأجهزة استقبال التلفزيون المحمول التي تعمل على نطاقات تردد واسعة، مثل أنظمة التلفزيون المحمول DVB-H الأوروبية و ISDB-T اليابانية. ^{[ 2 ]}