Possiamo costruire condensatori su una scheda PCB?

Per la grandezza dei condensatori nF o µF, spero di poterli costruire su una scheda PCB. Il condensatore è come uno strato di due metalli e qualcosa tra loro.

È possibile?

Non acquistando il condensatore, basta progettare il condensatore sulla scheda PCB. Doppi strati di metallo sulla scheda PCB.

Avrai difficoltà a raggiungere 1 nF semplicemente disponendo il rame su una scheda FR-4 standard a due strati . La capacità è data approssimativamente dall'equazione della piastra parallela:

$C = \dfrac{ \epsilon A }{ d }$

In questo caso

$C = \dfrac{(4.7)(8.854 \times 10^{-12}) A }{ (1.6 \times 10^{-3} ) }$

o

$C = A (2.6 \times 10^{-8}\mathrm{F/m^2})$

Significa che avresti bisogno di 0,038 m ² o 380 cm ² di area di rame per ottenere 1 nF. Ho usato 4.7 come costante dielettrica tipica ( permittività relativa ) per FR-4 e 1,6 mm come spessore tipico della scheda.

Non è raro creare condensatori in scala pF da regioni di rame parallele, ma normalmente viene fatto in schede multistrato in cui il termine d può essere molto più piccolo. Questo tipo di condensatore costruito può raggiungere ESR ed ESL inferiori rispetto a un condensatore discreto, quindi è prezioso per bypassare gli alimentatori in circuiti ad altissima frequenza.

Ci sono anche aziende che producono materiali speciali che possono essere laminati in un PCB multistrato per fornire uno strato ad alta costante dielettrica, che consente la costruzione di un valore di condensatore ancora più grande mediante la modellazione del metallo. 3M è uno. Questi sono spesso chiamati condensatori incorporati o condensatori sepolti. Contatta il tuo negozio di fabbricazione PCB per vedere se supportano questo tipo di materiale.

È possibile costruire condensatori in questo modo, ma si può dimenticare µF. Molto probabilmente sarebbe nell'intervallo pF.

$C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$

Sarà difficile costruire una vasta area su un PCB e non è possibile rendere arbitrariamente piccola la separazione della piastra in quanto sarà difficile per te costruirla in quel modo e probabilmente vorrai che sia in grado di avere un po 'di tensione su di esso .

E sì, questo significa che si ottiene capacità sulla scheda dalle tracce, di solito non è un valore elevato ma è importante, soprattutto se si hanno lunghe tracce vicine l'una all'altra e si esegue un'alta frequenza.

$\varepsilon_r$

$C=\varepsilon_0\varepsilon_r \frac{A}{d}$

$\varepsilon_r$

$C=8.85 \cdot 10^{-12} \frac{\mathrm{F}}{\mathrm{m}} \cdot 4.2 \cdot\frac{0.01\space\mathrm{m}^2}{0.0015\space\mathrm{m}}$

$C=248\space\mathrm{pF}$

Anche se abbiamo usato un dielettrico più sottile (nucleo FR4) e forse anche una scheda multistrato per più di due piastre, arrivare a nF sarà grande e siamo ben lontani dall'entrare nella gamma µF.

Tuttavia, è possibile utilizzare alcuni condensatori sui bordi della scheda e distribuire la loro tensione sulla scheda utilizzando due piani di rame che fungono da condensatore. I condensatori discreti in parallelo con il tuo condensatore PCB possono agire come un condensatore compatto quasi perfetto, dando alla tua logica veloce o al design di potenza i fuzzies caldi.

Non utilizzerai un condensatore PCB se hai bisogno di valori esatti o grandi, ma puoi usarlo per creare un sistema di distribuzione dell'alimentazione davvero buono sul tuo design completo.

Una forma più esoterica di condensatore utilizza campi di frange e stabilisce entrambi gli elettrodi su entrambi gli strati in un modello frattale intrecciato. Non esiste una soluzione a forma chiusa ed è molto sensibile alla tolleranza di fabbricazione, quindi praticamente inutile in questo caso. L'aumento della capacità sarebbe nell'intervallo da 4X a 5X. Appena menzionato per completezza. NON consigliato affatto.

Come esperimento l'anno scorso ho tentato di costruire un condensatore avvolgendo alcune volte fogli di foglio di alluminio separati da un foglio di carta attorno a un rotolo. Penso di avere qualcosa di circa 20 nF o giù di lì. Molto poco. Sarebbe difficile avvicinarmi a quel punto su un pcb dato che stavo usando fogli relativamente grandi di Al.

È possibile? SÌ!

Se prendo la tua domanda alla lettera e letteralmente, puoi costruire tappi di quella grandezza su PCB di dimensioni molto grandi. Non conosco l'equazione del calcolo delle dimensioni del PCB, ma suppongo che sarebbe abbastanza più grande del costo del condensatore che si desidera costruire sul PCB.

Per un po 'ho costruito cappucci a doppio lato con schede "PCB a doppia faccia". Sono circa 30-150 pf. Ricopro sempre il pCB sulla superficie e sui bordi per aumentare la capacità di interruzione della tensione. Non li sottoponrei MAI a più di qualche centinaio di volt, perché alle frequenze RF possono diventare piuttosto caldi !! Li uso in bobine per antenne e, se progettato correttamente, può gestire fino a circa 300 w (PEP) senza problemi. Dubito che potrebbe gestire molto di più. Di sicuro non darei loro alcuna garanzia di lavorare a quei livelli. Li uso nelle antenne intrappolate nel mio QTH e nelle uscite radio, ma siamo sempre a livelli di potenza "scalzi".

Saluti Ho notato i dati un po 'tardi> scusarsi se non è quello che ci si aspettava.

Uso spesso questo metodo per sistemi ad alta frequenza ad alta potenza reattiva. Tuttavia, voglio avvertire, il materiale PCB "normale" come la textolite in fibra di vetro FR4 non funziona come previsto. Ha un'abbronzatura (fi) intorno a 0,035, ciò significa che nelle mie costruzioni il condensatore del serbatoio da 100 pF a 4 kV e 10 Amp da 100 MHz diventa "un po '" caldo .... Nei primi secondi 200 C e dopo i minuti 400 C.

Qualche volta ho provato a incollare i radiatori su entrambi i lati, ho cercato di immergerlo nel liquido di raffreddamento, ecc. Logicamente non è affatto carino. La foto a infrarossi mostrava davvero il campo di temperatura uniforme di una superficie, senza alcun cerotto alterato attorno al filo che si attacca, quindi sicuramente per il motivo sta il riscaldamento dielettrico e non un effetto Foucault nel rame.

La soluzione definitiva che ho trovato nel mio caso è stata la produzione da parte di Rogers Inc. (di fabbricazione belga) di PCB a base di teflon, che (ci sono materiali diversi, di cui do il numero per meglio) ha tan (fi) = 0,0003. La differenza vale davvero i soldi. E sicuramente questo condensatore è molto più economico come Vishay della serie kVAR o Jennings ecc.

In secondo luogo: spesso le "persone con bobine di Tesla" hanno bisogno di cose come i cappucci da 40 kV, e stanno lavorando a frequenze così basse come le frequenze della gamma kHz, quindi il riscaldamento dielettrico non è così importante per loro. Quindi non c'è niente di meglio delle piastrelle in PVC per pavimenti, il tipo semiduro in roulon, spesso circa 2 ... 3 mm. Metti due folia di rame tra e rotola nella "salsiccia". Questo materiale "così com'è" può persistere fino a 40 kV o ad estremo 50, e ha epsilon tra 2,7 e 3,3 con fattore di dissipazione tra 0,006 e 0,017. Pertanto, tranne per il fatto che il rame può "camminare" leggermente o formare una sacca d'aria, il PVC dovrebbe essere visto come materiale molto migliore per i condensatori rispetto al PCB in fibra di vetro e resina epossidica.

3) Ho letto qui delle prove su una carta. Resta scritto che le cifre sui prodotti di carta: film di cellophane: e = 6.7 ... 7.6 e tan = 0.065 ... 0.01, fibre di carta 6.5 e 0.005; tessuto kraft 1.8 e 0.001-0.0015; tessuto straccio di cotone 1.7 e 0.0008-0.0065; tastiera 3.2 e 0.008. Nel caso di tipi di carta impregnati, logicamente, la sostanza chimica impregnante ha un impatto maggiore. Pertanto, la carta è un materiale piuttosto in perdita, tuttavia funziona anche meglio del PCB.