P h y s I k u n d t e c h n I k d e r g e g e n w a r t abteilung fernmeldetechnik
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PÜYS' i 'R Ü N B T E C H N I K D E R G E G E N W A R T G E O R G S T R A IM E R D e r K o n d e n s a t o r in der Fernmeldetechnik / P H Y S I K U N D T E C H N I K D E R G E G E N W A R T ABTEILUNG FERNMELDETECHNIK H E R A U S G E G E B E N V O N DR. H E IN R IC H F A S S B E N D E R O. PR O FESSO R U N D D IR E K T O R D E S I N S T I T U T E S F Ü R S C H W IN G U N G S F O R S C H U N G A N D E R T E C H N IS C H E N H O C H S C H U L E B E R L IN B A N D V I 1 9 3 9 V E R L A G V O N S . H I R Z E L I N L E I P Z I G DER KONDENSATOR I N DER FERNMELDETECHNIK V O N D R .-IN G . GEORG STRAIMER O B E R K O M M A N D O D E S HEERES (H E E R E S W A FFE N A M T ) M I T 267 A B B IL D U N G E N 1 9 3 9 — L . V E R L A G V O N S. H I R Z E L I N L E I P Z I G COPYRIGHT B Y S. H IRZEL AT LEIPZIG 1939 ALLE RECHTE, IN S B E SO N D E R E D A S D E R Ü BER SETZUN G IN FREM D E SPRACHEN VORBEHALTEN / PR IN T E D I N GERMANY Vorwort Der Kondensator ist eines der wichtigsten Schaltelemente der Fernmeldetechnik. Der allgemeine konstruktive Grundgedanke des Kondensators ist denkbar einfach: Zwischen Metallelektroden soll in einem Dielektrikum die Möglichkeit der Ausbildung eines konzen trierten elektrischen Feldes gegeben sein. Trotzdem ist das für die Kondensatortechnik zu beherrschende Wissensgebiet umfangreich. Die Verschiedenartigkeit der speziellen Anwendung des Kondensators in der Fernmeldetechnik erfordert nämlich sehr unterschiedliche Ver wirklichung ein und desselben allgemeinen konstruktiven Grund gedankens. Die drei für die Größe der Kapazität eines Kondensators maßgeb lichen Grundvariablen sind Elektrodenfläche, Elektrodenahstand und Dielektrizitätskonstante. Aus den Betriebsbedingungen ergibt sich die Forderung eines mehr oder weniger hohen Grades dielektrischer Ver lustfreiheit und elektrischer, thermischer und mechanischer Festig keit. Man unterscheidet Kondensatoren m it fester und veränderbarer Kapazität, ferner Kondensatoren m it sehr hoher Genauigkeit bzw. Konstanz des Kapazitätswertes und solche, bei denen es nicht so sehr auf diese Eigenschaften als vielmehr auf die Möglichkeit der Massen fertigung und die Billigkeit ankommt. Die Mannigfaltigkeit dieser Forderungen bewirkt, daß bei der Planung von Kondensatoren je nach dem Verwendungszweck die ver schiedensten rechnerischen, werkstoffkundlichen und konstruktiven Überlegungen anzustellen sind, was zu einer großen Anzahl voneinander sehr verschiedener Kondensatortypen führt. Im vorliegenden Buch ist der Versuch unternommen worden, einen Überblick über die dem Kondensatorban der Fernmeldetechnik zu grunde liegenden theoretischen, werkstoffkundlichen und konstruk tiven Gesichtspunkte zu geben. Auf Kondensatoren der Meßtechnik und der Starkstromtechnik wird nicht eingegangen. Da eine große Anzahl von Firmen in großzügiger Weise Druck stöcke für Abbildungen technischer Kondensatoren zur Verfügung stellte, konnte im Teil III des Buches ein Überblick über die wichtig sten heute auf dem Markt befindlichen Kondensatortypen gegeben VI V o rw o rt werden. Für diese Unterstützung danke ich den Firmen, deren Namen ich in den Legenden der betreffenden Abbildungen auch im Interesse des Lesers bekanntgegeben habe. Die Anregung zu diesem Buch verdanke ich meinem hochverehrten Lehrer und früheren Chef, Herrn Prof. Dr. H e in r ic h F a ß b e n d e r . Bei der Anfertigung der Abbildungen und der Zusammenstellung des Literaturverzeichnisses half mir Fräulein I n g e b o r g K la a ß , wofür ich herzlich danke. Herrn Dipl.Ing. W a lt e r K u h l schulde ich Dank für die wertvolle H ilfe bei der Redaktion des Manuskripts. Berlin, den 1. Februar 1939. G. Straimer I n h a l t s v e r z e i c h n i s I. Teil. Theoretische Grundlagen S eite K a p i t e l 1. G r u n d g l e i c h u n g e n f ü r d a s e l e k t r i s c h e F e l d . . 1 F e ld s tä rk e . F e ld lin ie . P o te n tia l. P o te n tia ld iffe re n z , S p a n n u n g . W irb e lfre ih e it d e s e le k trisc h e n F e ld e s. M ag n etisch e W irk u n g . V e rsc h ie b u n g sd ic h te . P o la ris a tio n . A n d e n G ren zfläch en v o n D ie le k trik e n . E n e rg ie d es e le k trisc h e n F e ld e s. P o isso n sch e u n d L a p la c e sc h e G leich u n g en . Ü b e rla g e ru n g v o n P o te n tia lfe ld e m p u n k tf ö rm ig e r L a d u n g e n . K a p i t e l 2. A l l g e m e i n e K a p a z i t ä t s g l e i c h u n g e n ....................... 9 K a p a z itä t, F a r a d . P a ra lle l- u n d R e ih e n s c h a ltu n g v o n K a p a z i tä t e n . T e ilk a p a z itä te n . B e trie b s k a p a z itä t. T e ilk a p a z itä t u n d B e trie b s k a p a z itä t b e im te c h n isc h e n K o n d e n s a to r. K a p i t e l 3. K a p a z i t ä t e n g e g e n „ E r d e “ ...............................................13 K a p a z it ä t e in e r K u g e l geg en ein e allseitig e H ü lle . E in h e it d e r K a p a z it ä t im e le k tro s ta tis c h e n M a ß sy ste m . K a p a z it ä t ein er K u g e l geg en ein e s e h r w e it a u sg e d e h n te le ite n d e E b e n e . K a p a z it ä t eines z y lin d risc h e n S ta b e s gegen E rd e . K a p a z it ä t eines z y lin d risc h e n S ta b e s , d e r s e n k r e c h t ü b e r E r d e s te h t. K a p a z it ä t eines z y lin d risc h e n S ta b e s , d e r w a a g e re c h t ü b e r E r d e h e g t. K a p a z it ä t e in e r e b e n e n P l a t t e geg en E rd e . K a p i t e l 4. K a p a z i t ä t e n z w i s c h e n E l e k t r o d e n .............................18 K u g e lk o n d e n s a to r. Z y lin d e rk o n d e n sa to r. P la tte n k o n d e n s a to r. K re is p la tte n k o n d e n s a to r. S c h u tz rin g k o n d e n s a to r. K u g e lfu n - k e n s tre c k e . D o p p e lle itu n g . K a p i t e l 5. D r e h k o n d e n s a t o r e n . A l l g e m e i n e s .............................................................................................................. 20 P la tte n s c h n itte v o n K o n d e n s a to r e n .................................................................23 K a p a z itä ts g e r a d e r K o n d e n s a to r (K re is p la tte n k o n d e n s a to r). W e lle n lä n g e n g e ra d e r K o n d e n s a to r (N ie re n p la tte n k o n d e n sa to r). F re q u e n z g e ra d e r K o n d e n s a to r (S ic h e lp la tte n k o n d e n sa to r). K o n d e n s a to r m it lo g a rith m isc h e m P la tte n s c h n itt. D ä m p fu n g s m e s su n g m itte ls K o n d e n s a to r m it lo g a rith m isc h e m P la tte n s c h n itt. S e ite K a p i t e l 6. P r o b l e m e b e i M e h r f a c h d r e h k o n d e n s a t o r e n K a p a z itä ts a u s g le ic h v o n In d u k tiv itä ts u n te r s c h ie d e n b e i m e h re r e n a u f d ieselb e v e rä n d e rlic h e F re q u e n z a b z u s tim m e n d e n K re is e n ................................................................................................................ 33 D re h k o n d e n s a to re n m i t R o to r e n a u f g e m e in sa m e r A ch se, d ie S ch w in g u n g sk reise a u f e in e k o n s ta n te F re q u e n z d iffe re n z a b V I I I I n h a lts v e r z e ic h n is s tim m e n sollen. A n g e n ä h e rte L ö s u n g .................................................... 38 A n m e rk u n g : Z u s a m m e n h a n g zw isch en K a p a z itä ts a b w e ic h u n g u n d F re q u e n z a b w e ic h u n g ........................................................................... 43 K a p i t e l 7. D i e m i t W e c h s e l s p a n n u n g b e l a s t e t e K a p a z i t ä t 43 A llg em ein e B e z ie h u n g e n . L e is tu n g u n d V e rlu s tfa k to r. L e is tu n g u n d V e rlu s tfa k to r b e i M eh rw ellig k e it. U rs a c h e n d e r V e rlu s te . E r s a tz s c h a ltu n g e n f ü r ein e v e r lu s tb e h a f te te K a p a z it ä t. S p a n n u n g u n d S tro m in A b h ä n g ig k e it v o n d e r F re q u e n z b e i k o n s t a n t e r S c h e in le istu n g . K a p i t e l 8. K a p a z i t ä t u n d W i d e r s t a n d i n v e r s c h i e d e n e n S c h a l t u n g s k o m b i n a t i o n e n ............................................................................52 a) R e ih e n s c h a ltu n g e in e r K a p a z it ä t u n d ein es W id e r s ta n d e s , b) P a ra lle ls c h a ltu n g e in e r K a p a z it ä t u n d ein es W id e r s ta n d e s , c) K a p a z it ä t m it e in e m R e ih e n - u n d P a ra lle lw id e rs ta n d , d) P a ra lle ls c h a ltu n g e in e r K a p a z it ä t u n d e in e r K a p a z i t ä t m it R e ih e n w id e r s ta n d , e) Z w ei K a p a z it ä te n m i t R e ih e n w id e r s tä n d e n in P a ra lle ls c h a ltu n g , f) R e ih e n s c h a ltu n g e in e r K a p a z i t ä t u n d e in e r K a p a z it ä t m i t P a ra lle lw id e rs ta n d , g) R e ih e n s c h a ltu n g e in e r K a p a z it ä t m i t R e ih e n w id e r s ta n d u n d e in e r K a p a z i t ä t m i t P a ra lle lw id e rs ta n d , h ) S c h lu ß b e m e rk u n g z u d ie s e m K a p ite l. K a p i t e l 9. W i d e r s t a n d - K a p a z i t ä t s - K o m b i n a t i o n a l s S p a n n u n g s t e i l e r ( S i e b m i t t e l ) ................................................................................ 71 K a p i t e l 10. K a p a z i t i v e r S p a n n u n g s t e i l e r m i t k o n s t a n t e r G e s a m t k a p a z i t ä t .................................................................................................. 74 A llgem eines. B eisp iel 1. B eisp iel 2. K a p i t e l 11. M e h r s c h i c h t e n k o n d e n s a t o r ................................................78 S p a n n ungs- u n d F e ld s tä rk e n v e rte ilu n g b e i h in te r e in a n d e r g e s c h a lte te n K o n d e n s a to r e n m it u n e n d lic h h o h e m I s o la tio n s - w id e rs ta n d . S p a n n u n g s- u n d F e ld s tä r k e v e r te ilu n g b e i h in te r - e in a n d e rg e s c h a lte te n K o n d e n s a to r e n b zw . b e im M e h rs c h ic h te n k o n d e n s a to r m i t e n d lic h e m Is o la tio n s w id e rs ta n d . Inhaltsverzeichnis IX S eite K a p i t e l 12. S c h a l t v o r g ä n g e b e i m K o n d e n s a t o r ............................ 80 A llgem eines. S c h a ltv o rg ä n g e b e i e in e r K a p a z it ä t m i t R e ih e n w id e rs ta n d . S c h a ltv o rg a n g b ei ein e r K a p a z itä t m it P a ra lle l- w id e rs ta n d u n d R e ih e n w id e rs ta n d . Z e itk o n s ta n te eines te c h n is c h e n K o n d e n s a to r s m i t e n d lic h e m Is o la tio n s w id e rs ta n d . ü . Teil. W erkstoffkunde der D ielektriken K a p i t e l 1. A l l g e m e i n e s ................................................................................... 89 L e itfä h ig k e it b e i M etallen u n d Is o la to r e n . D u rc h sc h la g b e i f e s te n Is o lie rsto ffe n . D ie le k trisc h e V e rlu s te . K a p i t e l 2. E l e k t r i s c h e s V e r h a l t e n d e r L u f t ( G a s e ) . . . . 94 S p ezifisch e r W id e r s ta n d . D ie le k triz itä ts k o n s ta n te . D ie le k trisc h e V e rlu s te . D u rc h sc h la g sfe stig k e it. L u ftf e u c h tig k e it. K a p i t e l 3. I s o l i e r e n d e F l ü s s i g k e i t e n ................................................... 97 W a ss e r. Ö le. K a p i t e l 4. V e r g i e ß b a r e I s o l i e r s t o f f e ( V e r g u ß m a s s e n ) . . . 100 N a tü rlic h e W a c h se . S y n th e tis c h g ew o n n en e W a ch se. N a t u r h a rz e . A s p h a lte . B e im en g u n g en . P rü f u n g v o n V e rg u ß m a s se n . P a r a f f in . K a p i t e l 5. K e r a m i s c h e W e r k s t o f f e .................................................... 104 G ru p p e I . P o rz e lla n (A lu m in iu m silik a t) ................................................105 G ru p p e I I . S te a tite ( M a g n e s i u m s i l i k a t e ) ................................................. 107 N a tu rs p e c k s te in . S te a t it , F r e q u e n ta . C alit, C alan . G ru p p e I I I . R u til- (T ita n d io x y d -) u n d m a g n e s iu m -silik a th a ltig e M a s s e n ................................................................................................................. 114 M assen m it h o h e m G e h a lt a n R u til. M assen m it Z u sa tz v o n Z irk o n d io x y d . G ru p p e TV. T o n s u b s ta n z - u n d sp e c k s te in h a ltig e M assen . . . . 1 1 7 G ru p p e I V a (M ag n esiu m o x y d e). G ru p p e I V b (M a g n e siu m tita n a te ) K a p i t e l 6. G l a s , Q u a r z , G l i m m e r ......................................................... 121 G las. K ie se lsä u re g la s (Q u arz S i0 2). G lim m er. M ik a n it, M y calex . K a p i t e l 7. O r g a n i s c h e K u n s t s t o f f e . A l l g e m e i n e s .............................................................................................................129 1. G ru p p e d e r n ic h th ä r tb a r e n (th e rm o p la stisc h e n ) M assen . . 1 3 0 a) Z ellulose u n d Z e llu lo se d e riv a tm a sse n , b) P o ly m e ris a te , c) M isc h p o ly m e risa tio n sp ro d u k te . 2. G ru p p e d e r h ä r t b a r e n M a s s e n .......................................................... 137 a) P h e n o p la s te , b) A m in o p la ste . T y p isie ru n g d e r g u m m ifre ie n P re ß s to ffe d u rc h d e n V D E . . . . 139 X In h a lts v e r z e ic h n is S e ite K a p i t e l 8. P a p i e r , H a r t p a p i e r ............................................................. P a p ie r . G e s c h ic h te te P re ß s to ff e , H a r tp a p ie r e . K a p i t e l 9. D i e p h y s i k a l i s c h e n G r u n d l a g e n d e s E l e k t r o l y t k o n d e n s a t o r s .................................................................................................. III. Teil. Technische K ondensatoren K a p i t e l 1. P a p i e r w i c k e l k o n d e n s a t o r e n ( h o h e K a p a z i t ä t s w e r t e ) .................................................................................................................... E le k tr o d e m n a te r ia l. W ic k e lm a s c h in e . Is o la tio n s b e m e s s u n g . W ic k e la rte n . T ro c k n u n g u n d I m p rä g n ie ru n g . N o rm e n . S p a n n u n g s p rü fu n g . V e rlu s tfa k to r. T o le ra n z e n . K a p i t e l 2. E l e k t r o l y t k o n d e n s a t o r e n ( h o h e K a p a z i t ä t s w e r t e ) .................................................................................................................... K a p i t e l 3. F e s t k o n d e n s a t o r e n m i t m i t t l e r e n u n d k l e i n e n K a p a z i t ä t e n f ü r k l e i n e S p a n n u n g e n u n d S t r ö m e . . . . K o n d e n s a to r e n m i t L u f t, G lim m er, k e ra m is c h e n M a te ria h e n , G las u n d P a p ie r als D ie le k trik u m . K a p i t e l 4. D r e h k o n d e n s a t o r e n ............................................................. A llg em ein es. S tr o m z u fü h r u n g z u m R o to r . A u fb a u v o n S ta t o r u n d R o to r . G leich lau f. D r e h k o n d e n s a to re n m i t F e s td ie le k tr ik u m . D iff e re n tia lk o n d e n s a to re n . K u rz w e lle n d r e h k o n d e n s a to re n . M e ß d re h k o n d e n s a to re n . K a p i t e l 5. T r i m m e r k o n d e n s a t o r e n ................................................... K a p i t e l 6. K o n d e n s a t o r e n f ü r b e s o n d e r e e l e k t r i s c h e B e a n s p r u c h u n g e n ...................................................................................................... K o n d e n s a to r e n f ü r h o h e S p a n n u n g e n o h n e D u rc h g a n g v o n H o c h fr e q u e n z s tr ö m e n u n d b e i n ie d e ro h m ig e m D u rc h la ß v o n H o c h fre q u e n z s trö m e n . K o n d e n s a to r e n f ü r h o h e H o c h fre q u e n z s p a n n u n g e n u n d -L e istu n g e n . K a p i t e l 7. S t ö r s c h u t z k o n d e n s a t o r e n ............................................... E n ts tö ru n g s m ö g lic h k e ite n . P r ü f s p a n n u n g f ü r S tö r s c h u tz k o n d e n s a to re n . G rö ß e d e r S c h u tz k a p a z itä t. E rw ä rm u n g . S tö r s c h u tz k o n d e n s a to re n f ü r K u rz - u n d U ltr a k u rz w e lle n . S tö r s c h u tz k o n d e n s a to re n m i t S ic h e ru n g . P r a k tis c h e E n ts t ö r u n g s b eisp iele. S c h r i f t t u m ............................................................................................................. S a c h v e r z e i c h n i s .................................................................................................... 139 149 159 165 169 179 188 191 203 215 225 I. Teil. Theoretische Grundlagen K a p i t e l 1 G rundgleichungen für das elektrische Feld Feldstärke Das elektrische Feld an einer Stelle des Raumes ist charakterisiert durch den räumlichen Feldstärkenvektor (£ (Volt cm-1 ). Seine Größe und Richtung bestimmt sich durch die Größe und Richtung des räum lichen Vektors der K raft R (Wattseccm-1 ), ________ _____________ die auf eine punktförmige elektrische La- Q 5 dung Q (Coulomb = Ampsec) pro Ladungs einheit ausgeübt wird (Abb. 1) A b b . 1. Zur D e fin itio n der F e ld stä rk e. Feldlinie (1. 1 ) A b b . 2 . F eld lin ie . Feldlinien im elektrischen Feld sind K urven, deren Verlauf dadurch festgelegt ist, daß jede Tangente an die Kurve die Richtung der Feld stärke C im Berührungspunkte an gibt (Abb. 2). Potential Den elektrischen Zustand eines Raumes kann man statt durch das Vektorfeld der Feldstärke (£ auch durch das skalare Feld des Poten tials v beschreiben. Das Potential v (Volt) ist m it der Feldstärke ® (Voltcm-1 ) verknüpft durch die Beziehung: (£ = — grad v. ( 1 . 2 ) In kartesischen Koordinaten (Abb. 3) ergibt sich die Gleichung: 9 v , (1.3) gradi, = _ i + _ i + a a wobei i, j, f die Einheitsvektoren in Richtung der x-, y- und z-Achse sind. S t r a i m e r , K o n d e n sa to r 1 2 K a p . 1. G ru n d g le ic h u n g e n f ü r d a s e le k tris c h e F e ld A bb. 3. K a r te sisc h e K o o r d in a te n Für den Sonderfall des ebenen homogenen Feldes vereinfacht sich die Gleichung wesentlich: gradv = | | . (1 .4 ) Für Zylinderkoordinaten g ilt : 8v 8v 1 dv (1. 5) wobei r, 3 , ö die Einheitsvektoren in radialer, axialer und tangentialer D ichtung sind gemäß der Abb. 4. Im Sonderfall des ebenen Feldes vereinfacht sich die Gleichung. Man spricht dann von Polar - kordinaten (Abb. 5): ■ 1 8 v 1 ¡S v grad v = — x H ä— Ct. o r ' r 8 a ( 1 . 6 ) Bei einem sphärischen Koordinatensystem (Abb. 6 ) hat die D efini tionsgleichung des Gradienten die Form: 1 % , (1 .7 ) , 8v 1 8 v , . grad « = — r + - — b-^ ^- 5 - 5 - , o r r c v ' r s m . ' & d c c wobei r, b, a die Einheitsvektoren sind. M a g n etisch e W irk u n g 3 Eine Fläche, deren sämtliche Punkte gleiches Potential haben, heißt Äquipotential- oder Niveau fläche, die Feldlinien stehen auf den Niveauflächen senkrecht. Beim ebenen Problem kann man von Äquipotentiallinien sprechen. Potentialdifferenz, Spannung Das vom Wege unabhängige Linienintegral der Feldstärke zwischen den Punkten 1 und 2 eines elektrischen Feldes (E (Abb. 7) ergibt die Potential differenz oder die Spannung zwischen den beiden Punkten des Feldes: A bb. 7. Zur D e fin itio n der S p a n n u n g z w i sch en zw ei P u n k te n im elek trisch en F eld . Z Z j fädä = j | © | d s — v1 — v2 = U12 = @dä . (1. 8 ) 1 1 i Die Potentialdifferenz oder die Spannung zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld ist die auf die Ladungseinheit bezogene Arbeit, die geleistet wird, wenn die punktförmige Ladung Q zwischen den beiden Punkten bewegt wird. Wirbelfreiheit des elektrischen Feldes Das elektrische Feld heißt wirbelfrei, weil für die Feldstärke die Gleichung gilt: rot (E = 0 (1. 9) oder, was dasselbe ist: j & d s = 0. ( 1 . 10 ) Die Definitionsgleichung für den Operator rot siehe weiter unten Gl. (13). Magnetische Wirkung Ein elektrisches Feld (£ kann mit einem magnetischen Feld § verknüpft sein. Den Zusammenhang zwischen beiden liefert die M a x w e ll sehe Grundgleichung: 1* K a p . 1. G ru n d g le ic h u n g e n f ü r d a s e le k trisc h e F e ld r o t £ = a@ + ££0 | | = @i + @® oder in der Integralform geschrieben: Download 104 Kb. Do'stlaringiz bilan baham: 
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