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Condensateur constitué d'éléments isolants identiques, en forme de ,plaque, de préférence céramiques, faisant office de diélectrique, garnis d'armatures.
L'invention concerne un condensateur constitué d'éléments identiques, en forme de plaques, en matériau isolant,de préférence céramique, faisant office de diélectrique, garnis d'armatures. En particulier, l'invention procure des moyens d'obtenir un assemblage très robuste et une faible selfinduction.
Le brevet américain n . 1.479.315 a fait connaître un condensateur constitué d'éléments en matériau isolant, en forme de plaques recouvertes sur les deux faces d'une armature, ces armatures étant prolongées jusqu'au delà du bord de deux côtés latéraux opposés du diélectrique. Bien que la selfinduction de ce condensateur soit très petite, elle est encore trop grande pour certaines applications, par exemple pour la génération de fréquences très élevées. Pour prévenir les perturbations par des champs alternatifs magnétiques ou électriques extérieurs, le condensateur doit être blindé. Loger le condensateur dans une douille de blindage entraîne des capacités assez élevées des armatures du condensateur par rapport à l'enveloppe, généralement mise à la terre, à moins que cette enveloppe ne soit très grande.
Pour certaines applications, la résistance mécanique du condensateur revendiqué dans la demande de brevet mentionnée est insuffisante, car ce condensateur se compose de matériaux très différents. De ce fait, des variations ' de température provoquent bien souvent des tensions indésirables dans le matériau et des variations de la capacité. L'induction mutuelle des conducteurs--est souvent inadmissiblement grande.
L'invention apporte à cette construction un perfectionnement qui élimine les inconvénients et assure donc une plus grande constance de la capacité. En outre, l'application de l'invention permet de réduire au minimum la selfinduction de l'ensemble, ainsi que l'induction mutuelle des conducteurs. Elle permet aussi de réduire le @ coefficient de température du condensateur.
Conformément à l'invention, les armatures garnissant les deux faces des plaques diélectriques polygonales à nombre de côtés pair s'étendent .à tour de rôle sur des côtés latéraux successifs.
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Ces plaques peuvent être empilées, de sorte que les arma- tures de même polarité s'étendent au-dessus de côtés latéraux su- perposés des plaques diélectriques.
Ensuite, toutes les parties de l'armature situées sur un même côté latéral du condensateur, et partant de même polarité, peuvent être interconnectées. On obtient ainsi un condensateur de forme prismatique dont les armatures de même polarité sont assem- blees de manière conductrice en un grand nombre d'endroits. Comme toutes les faces latérales du prisme peuvent être utilisées cornue borne et comme elles ont, à tour de rôle, la même polarité, l'in- sertion d'un condensateur dans un montage ne requiert que de très courtes connexions. Ceci est particulièrement important lorsqu'on utilise le condensateur à des fréquences très élevées.
Par suite du montage symétrique, l'induction mutuelle des conducteurs et la sen- sibilité aux champs alternatifs électriques et magnétiques exté- rieurs sont très petites.
Une forme d'exécution avantageuse est caractérisée par le fait que les parties des armatures de même polarité s'étendant sur les côtés lateraux sont reliées de manière conductrice à des tiges conductrices dont les axes longitudinaux sont perpendiculaires aux plans des plaques, et ces tiges font en même temps, des plaques, ' un ensemble mécanique. Les liaisons conductrices font en même:temps office d'organes d'assemblage mécanique et rendent ainsi l'ensemble plus rigide.
Les tiges conductrices sont, de préférence, en matériau isolant identique à celui utilisé comme diélectrique dans le condensateur et rendu conducteur suivant un procédé connu. Dans ce cas, des différences de température ne peuvent provoquer'' nulle part des tensions dans le matériau.
Le diélectrique'et les tiges de liaison peuvent être, par exemple, en matériau céramique.
On peut réaliser un assemblage simple entre les tiges et les plaques lorsque les parties des armatures dépassant les bords des plaques sont soudables et sont fixées par soudure aux tiges conductrices.
Les plaques peuvent aussi comporter des surélévations ou des surépaisseurs, sous forme de nervures par exemple, à l'aide desquelles elles s'appuient l'une contre l'autre, de manière que la distance entre les armatures opposées de deux plaques consécutives ait la valeur requise. Ces surélévations ou surépaisseurs peuvent aussi servir à la fixation mutuelle des plaques. Les surélévations ou les surépaisseurs de chaque plaque et les parties y adossées peuvent être rendues soudables, de sorte que la fixation mutuelle des plaques peut s'effectuer par soudure.
De même, les plaques peuvent être empilées, de sorte que des armatures opposées de deux plaques consécutives soient en contact électrique et mécanique. Pour obtenir un. fixation mutuelle simple des plaques, les armatures peuvent être soudables afin de permettre la fixation par soudure de plaques successives.
Il est particulièrement avantageux d'empiler les plaques ce .Manière telle que les armatures opposées de deux plaques consé- cutives soient de polarites différentes, de façon que l'espace compris entre ces armatures soit le siège d'un champ électrique.
On constitue ainsi altérnativement un condensateur dont le diélectrique est constitué par l'air et un condensateur dont le diélec- @
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trique est constitué par la plaque. Ces condensateùrs montés en parallèle,,la capacité totale est égale à la¯somme de la capacité du condensateur a air et de celle du condensateur formé par les plaques en matériau isolant. Le coefficient de température d'un tel condensateur dépend du rapport de l'épaisseur de la couche d'air et de l'épaisseur du matériau isolant ainsi que de la nature du matériau isolant, de sorte que ce coefficient peut être choisi arbitrairement.
La forme des plaques peut être adaptée à l'utilisation des condensateurs. De préférence, les plaques sont en forme de poly- gone régulier ou de rectangle.
L'invention est expliquée en détail à l'aide du dessin annexé.
Dans celui-ci, la figure 1 représente une plaque diélec- trique d'un condensateur.
Les figures 2 et 5 représentent des exemples d'exécution de condensateurs réalisés conformément à l'invention.
Sur la figure 1, une plaque de matériau isolant, servant de diélectrique, en forme d'hexagone régulier est recouverte, sur sa face supérieure, d'une couche conductrice 1. Cette couche s'étend sur les côtés latéraux 3, 5-.et 7. La couche conductrice disposée sur la face inférieure de la plaque s'étend sur les côtés latéraux 2, 4 et 6. Les armatures recouvrent donc alternativement des côtés latéraux successifs. Comme le montre le dessin, elles ne recouvrent de ces côtés latéraux, ainsi que de la face supérieure et de la face inférieure, qu'une largeur nécessaire pour assurer un chemin de fuite suffisamment grand et partant une bonne isola- tion entre les deux armatures. Eventuellement, les armatures ne s'étendent pas sur toute la largeur du bord; une bande 8 est lais- sée libre. Sur la figure, l'épaisseur de la plaque est exagérée.
La figure 2 représente un condensateur constitué de plaques hexagonales 15, 16, 17 et 18, en matériau céramique, tel- les que représentées à la figure 1. Les armatures consistent en argent déposé. Les plaques sont maintenues à distance par des tiges rondes 19, 24, en même matériau isolant, aussi partiellement argen- té. L'assemblage des tiges aux plaques s'effectue par soudure. La couche d'argent sur les tiges et celle recouvrant les côtés latéraux des plaques sont suffisamment épaisses pour permettre cette soudure. Comme le prouve la figure 2, les armatures ados- sées de ce condensateur sont de polarité différente. Le matériau céramique utilisé a un coefficient de température capacitif néga- tif.
Le rapport de l'épaisseur du matériau céramique à la. couche d'air est choisi de manière telle que le coefficient de température soit nul: A cet effet, il faut que, dans ce cas # d = ks Ó Dans cette expression, Ó= coefficient de température capacitatif du matériau céramique #= coefficient de dilatation linéaire du matériau céramique d = épaisseur du matériau céramique k = constance diélectrique du matériau céramique s = distance entre les plaques de céramique.
Lorsque les tiges sont en un autre matériau que les plaques, il faut en tenir compte dans le choix des constantes du matériau.
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Les tiges 19, 21 et 23 peuvent servir d'amenées de courant pour les armatures disposées sur la. face inférieure du matériau ceranique et les tiges 20, 22 et 24, pour les armatures disposées sur les 1;,ces supérieures.
La figure 3 represente un condensateur dont les plaques co.aportent des surélévations 30 - 33, par lesquelles elles reposent l'une sur l'autre, de manière telle que les armatures opposees de deux plaques consecutives soient écartées de la distance requise. Ces surélévations servent en même temps à l'assemblage des plaques. A cet effet, elles sont établies de manière à être sou- dables, tout comme les parties y attenantes 34 - 37. es plaques en céramique sont donc assemblées par soudure.
Par suite des irregularités d'épaisseur de la couche de soudure que peuvent provoquer les variations de la température, il.peut être desirable, dans certains cas, de ne serrer les plaques l'une contre l'autre qu'à l'aide d'un dispositif mécanique, un tendeur par exemple.
Les armatures de même polarité peuvent être interconnectees à l'aide de conducteurs reliant les armatures dépassant les côts latéraux superposés. Lorsque, comme c'est le cas sur la fisure, les armatures ne sont pas interconnectées, le condensateur peut être utilisé dans des filtres de bande à couplage capacitif.
Les deux condensateurs céramiques sont connectés chacun àune bobine. Le condensateur à air forme par l'armature inférieure de la plaque superieure et par l'armature supérieure de la plaque inférieure fait office d'élément de couplage capacitif.
La plaque superieure peut aussi être fixée à la plaque inferieure après rotation d'un angle de 180 autour d'un axe parallèle à l'un des côtés de la plaque ou, lorsque cette plaque est carrée, après une rotation de 90 autour d'un axe perpendiculaire au plan de la plaque. On obtient ainsi un condensateur. dans lequel seul le matériau céramique fait office de diélectrique.
La figure 4 représente un condensateur dont les plaques sont empilées de manière telle que les armatures opposées de deux plaques successives fassent contact tant électrique que mécanique.
Les armatures sont exécutées de manière à être soudables et sont assemblées par soudure. De cette manière, on obtient un ensemble massif et compact, résistant parfaitement aux chocs mécaniques.
Les plaques sont superposées de manière telle que les parties d'armature de diverses plaques recouvrant l'un des côtés sont de même polarite. Ce resultat s'obtient en empilant les plaques de la manière montrée à la figure 4. Les plaques 40 et 42 sont disposées de la même manière, tandis que les plaques 41 et 43 sont tournées, par rapport aux plaques 40 et 42, d'un angle de 180 autour d'un axe parallèle à l'un des côtés ou, Gans le cas de plaques carrées, d'un angle de 90 autour d'un axe perpendiculaire au plan de ces plaques. Le côté avant est recouvert par des parties de l'armature superieure de la plaque 41 ainsi que de la plaque 42 et par des parties de l'armature inférieure de la plaque 40 ainsi que de la plaque 43.
Ces parties d'armatures dépassant vers l'avant sont reliées entre elles, de .:lanière conductrice, tout comme celles dépassant vers les autres côtés, par exemple par aérographiage d'une', couche métallique conductrice de largeur .2;. '., Ce condensateur peut s'utiliser pour coupler deux conducteurs croisés 44,45¯et 46,47.
Dans cette realisation, grâce au montage symétrique, l'induction mutuelle, de ces conducteurs reste très petite, nonobstant la présence du condensateur.
La figure 5 représente un.condensateur de passage réa- lisé conformément à la présente invention. Les deux plaques céramiques 50 et 51, garnies d'armatures conformément à l'inven-
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tion, sont maintenues à distancé par les tiges en céramique 52-55.
Les tiges 53 et 55 sont soudées à la paroi métallique. eventuellement, pour autant que les tensions de température ne constituent pas un inconvénient, les plaques 50 ,et 51 pourraient être soudées dans couverture de la paroi 58. Le conducteur 56 est relié àà la tige 54 et de là, par l'intermédiaire des armatures recouvrant les côtés opposés des plaques 50 et 51, à la tige 52 et au conducteur y connecté 57.
L'invention permet'de réaliser une fabrication en série. simple et bon marché de condensateurs ayant d'excellentes propriétés électriques et mécaniques pour diverses applications, tout particulièrement pour l'utilisation dans la technique haute fréquence.
Tous les types peuvent être réalisés à l'aide du même élément standard. Les avantages résultant de l'application de l'invention sont tout particulièrement marqués lorsqu'on utilise, pour la construction, du matériau céramique.
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Capacitor made up of identical insulating elements, in the form of a plate, preferably ceramic, acting as a dielectric, lined with reinforcements.
The invention relates to a capacitor consisting of identical elements, in the form of plates, of insulating material, preferably ceramic, acting as a dielectric, lined with armatures. In particular, the invention provides means of obtaining a very robust assembly and a low self-induction.
US patent no. 1.479.315 disclosed a capacitor made up of elements of insulating material, in the form of plates covered on both sides of a frame, these frames being extended to beyond the edge of two opposite lateral sides of the dielectric. Although the selfinduction of this capacitor is very small, it is still too large for certain applications, for example for the generation of very high frequencies. To prevent interference from external magnetic or electric alternating fields, the capacitor must be shielded. Housing the capacitor in a shielding socket results in quite high capacitances of the capacitor's armatures compared to the envelope, which is generally earthed, unless this envelope is very large.
For some applications, the mechanical strength of the capacitor claimed in the mentioned patent application is insufficient, because this capacitor is made of very different materials. Therefore, changes in temperature very often cause unwanted stresses in the material and changes in capacitance. Mutual induction of conductors - is often unacceptably large.
The invention brings to this construction an improvement which eliminates the drawbacks and therefore ensures greater constancy of the capacity. In addition, the application of the invention makes it possible to reduce to a minimum the self-induction of the assembly, as well as the mutual induction of the conductors. It also makes it possible to reduce the @ temperature coefficient of the capacitor.
According to the invention, the reinforcements lining the two faces of the polygonal dielectric plates with an even number of sides extend in turn over successive lateral sides.
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These plates can be stacked, so that armatures of the same polarity extend above superimposed lateral sides of the dielectric plates.
Then, all the parts of the armature located on the same lateral side of the capacitor, and therefore of the same polarity, can be interconnected. A prismatic-shaped capacitor is thus obtained, the armatures of which have the same polarity are assembled in a conductive manner in a large number of places. Since all the side faces of the prism can be used as a terminal retort and since they have the same polarity in turn, inserting a capacitor into a circuit requires only very short connections. This is especially important when using the capacitor at very high frequencies.
As a result of the symmetrical mounting, the mutual induction of the conductors and the sensitivity to external alternating electric and magnetic fields are very small.
An advantageous embodiment is characterized by the fact that the parts of the reinforcements of the same polarity extending on the lateral sides are connected in a conductive manner to conducting rods whose longitudinal axes are perpendicular to the planes of the plates, and these rods form at the same time, plates, a mechanical whole. The conductive connections at the same time act as mechanical assembly members and thus make the whole more rigid.
The conductive rods are preferably made of an insulating material identical to that used as a dielectric in the capacitor and made conductive according to a known method. In this case, temperature differences can not cause tensions in the material anywhere.
The dielectric and the connecting rods can be, for example, of ceramic material.
A simple assembly between the rods and the plates can be achieved when the parts of the reinforcements projecting from the edges of the plates are weldable and are fixed by welding to the conductive rods.
The plates can also include elevations or extra thicknesses, in the form of ribs for example, with the help of which they bear against each other, so that the distance between the opposing reinforcements of two consecutive plates has the same required value. These elevations or thicknesses can also be used for mutual fixing of the plates. The elevations or the thicknesses of each plate and the parts backed by it can be made weldable, so that the mutual fixing of the plates can be effected by welding.
Likewise, the plates can be stacked, so that opposing frames of two consecutive plates are in electrical and mechanical contact. To get one. simple mutual fixing of the plates, the reinforcements can be weldable in order to allow the fixing by welding of successive plates.
It is particularly advantageous to stack the plates in such a way that the opposing reinforcements of two consecutive plates are of different polarities, so that the space between these reinforcements is the seat of an electric field.
An alternatively is thus constituted a capacitor whose dielectric is formed by air and a capacitor whose dielectric
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rod is formed by the plate. These condensers connected in parallel, the total capacity is equal to the sum of the capacity of the air condenser and that of the condenser formed by the plates of insulating material. The temperature coefficient of such a capacitor depends on the ratio of the thickness of the air layer and the thickness of the insulating material as well as the nature of the insulating material, so that this coefficient can be chosen arbitrarily.
The shape of the plates can be adapted to the use of the capacitors. Preferably, the plates are in the shape of a regular polygon or a rectangle.
The invention is explained in detail with the aid of the accompanying drawing.
In this, Figure 1 shows a dielectric plate of a capacitor.
FIGS. 2 and 5 represent exemplary embodiments of capacitors produced in accordance with the invention.
In FIG. 1, a plate of insulating material, serving as a dielectric, in the shape of a regular hexagon is covered, on its upper face, with a conductive layer 1. This layer extends on the lateral sides 3, 5-. and 7. The conductive layer arranged on the underside of the plate extends over the lateral sides 2, 4 and 6. The reinforcements therefore alternately cover successive lateral sides. As shown in the drawing, they only cover on these lateral sides, as well as on the upper face and the lower face, a width necessary to ensure a sufficiently large escape path and hence good insulation between the two reinforcements. . Optionally, the reinforcements do not extend over the entire width of the edge; a band 8 is left free. In the figure, the thickness of the plate is exaggerated.
FIG. 2 shows a capacitor made up of hexagonal plates 15, 16, 17 and 18, made of ceramic material, as shown in FIG. 1. The armatures consist of deposited silver. The plates are kept apart by round rods 19, 24, made of the same insulating material, also partially silver. The rods to the plates are assembled by welding. The layer of silver on the rods and that covering the lateral sides of the plates are thick enough to allow this welding. As shown in Figure 2, the back-to-back plates of this capacitor are of different polarity. The ceramic material used has a negative capacitive temperature coefficient.
The ratio of the thickness of the ceramic material to the. air layer is chosen such that the temperature coefficient is zero: For this purpose, it is necessary that, in this case # d = ks Ó In this expression, Ó = capacitive temperature coefficient of the ceramic material # = coefficient of linear expansion of ceramic material d = thickness of ceramic material k = dielectric constancy of ceramic material s = distance between ceramic plates.
When the rods are made of a material other than the plates, this must be taken into account in the choice of the material constants.
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The rods 19, 21 and 23 can serve as current feeders for the armatures arranged on the. lower face of the ceramic material and the rods 20, 22 and 24, for the reinforcements arranged on the 1;, these upper ones.
FIG. 3 represents a capacitor whose plates co.aportent elevations 30 - 33, by which they rest on one another, in such a way that the opposing reinforcements of two consecutive plates are spaced apart by the required distance. These elevations are used at the same time for the assembly of the plates. To this end, they are made so as to be weldable, just like the adjoining parts 34 - 37. The ceramic plates are therefore assembled by welding.
Owing to the irregularities in the thickness of the solder layer which may be caused by variations in temperature, it may be desirable in certain cases not to press the plates against each other except by means of 'a mechanical device, a tensioner for example.
The reinforcements of the same polarity can be interconnected using conductors connecting the reinforcements extending beyond the superimposed lateral sides. When, as is the case with the crack, the armatures are not interconnected, the capacitor can be used in capacitively coupled band filters.
The two ceramic capacitors are each connected to a coil. The air capacitor formed by the lower frame of the upper plate and the upper frame of the lower plate acts as a capacitive coupling element.
The top plate can also be attached to the bottom plate after rotating through an angle of 180 around an axis parallel to one side of the plate or, when that plate is square, after rotating 90 around. an axis perpendicular to the plane of the plate. This gives a capacitor. in which only the ceramic material acts as a dielectric.
FIG. 4 represents a capacitor, the plates of which are stacked in such a way that the opposing armatures of two successive plates make both electrical and mechanical contact.
The reinforcements are made to be weldable and are assembled by welding. In this way, a massive and compact assembly is obtained, perfectly resistant to mechanical shocks.
The plates are superimposed in such a way that the frame parts of various plates covering one of the sides are of the same polarity. This is achieved by stacking the plates in the manner shown in Figure 4. The plates 40 and 42 are arranged in the same manner, while the plates 41 and 43 are rotated, relative to the plates 40 and 42, of an angle of 180 around an axis parallel to one of the sides or, Gans the case of square plates, of an angle of 90 around an axis perpendicular to the plane of these plates. The front side is covered by parts of the upper frame of the plate 41 as well as the plate 42 and by parts of the lower frame of the plate 40 as well as the plate 43.
These parts of reinforcements protruding towards the front are interconnected, by.: Conductive strap, just like those protruding towards the other sides, for example by airbrushing of a ', conductive metal layer of width .2 ;. '., This capacitor can be used to couple two crossed conductors 44,45¯ and 46,47.
In this embodiment, thanks to the symmetrical assembly, the mutual induction of these conductors remains very small, notwithstanding the presence of the capacitor.
Figure 5 shows a pass-through capacitor made in accordance with the present invention. The two ceramic plates 50 and 51, fitted with reinforcements in accordance with the invention
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tion, are kept apart by ceramic rods 52-55.
The rods 53 and 55 are welded to the metal wall. optionally, as long as the temperature tensions do not constitute a disadvantage, the plates 50, and 51 could be welded in cover of the wall 58. The conductor 56 is connected to the rod 54 and from there, by the intermediary of the reinforcements covering the opposite sides of the plates 50 and 51, the rod 52 and the conductor connected thereto 57.
The invention makes it possible to carry out mass production. simple and inexpensive capacitor having excellent electrical and mechanical properties for various applications, especially for use in high frequency technology.
All types can be made using the same standard element. The advantages resulting from the application of the invention are very particularly marked when ceramic material is used for the construction.