Czy możemy zbudować kondensatory na płytce drukowanej?

Jeśli chodzi o wielkość kondensatorów nF lub µF, mam nadzieję, że uda mi się je zbudować na płytce drukowanej. Kondensator jest jak dwuwarstwowa warstwa metalu i coś pomiędzy nimi.

czy to możliwe?

Nie kupując kondensatora, po prostu zaprojektuj kondensator na płytce drukowanej. Podwójne metalowe warstwy na płytce drukowanej.

Trudno będzie ci osiągnąć 1 nF po prostu układając miedź na standardowej dwuwarstwowej płycie FR-4 . Pojemność podana jest w przybliżeniu równaniem równoległej płyty:

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

W tym przypadku

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

lub

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

Oznacza to, że potrzebujesz 0,038 m ² lub 380 cm ² powierzchni miedzi, aby osiągnąć 1 nF. Użyłem 4,7 jako typowej stałej dielektrycznej ( względnej przenikalności ) dla FR-4 i 1,6 mm jako typowej grubości płyty.

Nierzadko wykonuje się kondensatory w skali pF przez równoległe obszary miedziane, ale zwykle robi się to na płytkach wielowarstwowych, gdzie d termin może być znacznie mniejszy. Ten rodzaj skonstruowanego kondensatora może osiągnąć niższą ESR i ESL niż kondensator dyskretny, dlatego jest cenny przy omijaniu zasilaczy w obwodach o bardzo wysokiej częstotliwości.

Istnieją również firmy, które wytwarzają specjalne materiały, które można laminować w wielowarstwowej płytce drukowanej w celu zapewnienia warstwy o wysokiej dielektryczności, umożliwiającej budowę jeszcze większej wartości kondensatora poprzez wzornictwo metalu. 3M to jeden. Są to często nazywane kondensatorami wbudowanymi lub kondensatorami zakopanymi. Skontaktuj się ze sklepem z produkcją PCB, aby dowiedzieć się, czy obsługują ten rodzaj materiału.

W ten sposób można zbudować kondensatory, ale można zapomnieć o µF. Najprawdopodobniej byłby w zakresie pF.

Myślę, że wzór na obliczanie pojemności kondensatora płytowego byłby tutaj odpowiedni. $C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$

Trudno będzie zbudować duży obszar na płytce drukowanej i nie można dowolnie zmniejszyć separacji płyt, ponieważ będzie nam trudno zbudować go w ten sposób i prawdopodobnie będziesz chciał, aby napięcie było na nim .

I tak, oznacza to, że uzyskujesz pojemność na płycie ze śladów, zwykle nie jest to duża wartość, ale ma to znaczenie, szczególnie jeśli masz długie ślady blisko siebie i pracujesz na wysokiej częstotliwości.

W przypadku kondensatora na płytce drukowanej musimy przyjrzeć się wspólnej formule dla kondensatora o równoległej płytce o powierzchni A, odległości d między płytami i względnej przenikalności .$\varepsilon_r$

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

Załóżmy wykorzystać pewne wspólne cyfry: nasze płytka ma powierzchnię 100 mm x 100 mm = 0,01 m ² , przy czym grubość rdzenia wynosi 1,5 mm, a FR4 (czyli „PCB Żywica epoksydowa”) jako ok. 4.2 A zatem,$\varepsilon_r$

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

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

Nawet jeśli użyjemy cieńszego dielektryka (rdzeń FR4), a może nawet płytki wielowarstwowej dla więcej niż dwóch płyt, zbliżanie się do nF będzie duże i daleko nam do osiągnięcia zakresu µF.

Można jednak użyć niektórych kondensatorów na krawędziach płyty i rozdzielić ich napięcie na płytę za pomocą dwóch miedzianych płaszczyzn działających jako kondensator. Dyskretne kondensatory połączone równolegle z kondensatorem na płytce drukowanej mogą działać jak jeden prawie idealny kondensator w kształcie skupienia, nadając szybkiej logice lub projektowi mocy ciepłe rozmycia.

Nie potrzebujesz kondensatora PCB, jeśli potrzebujesz dokładnych lub dużych wartości, ale możesz go użyć, aby stworzyć naprawdę dobry system dystrybucji energii w całym projekcie.

Bardziej ezoteryczna forma kondensatora wykorzystuje pola otoczki i układa obie elektrody na obu warstwach w spleciony wzór fraktalny. Nie ma rozwiązania w formie zamkniętej i jest bardzo wrażliwe na tolerancję produkcji, więc w tym przypadku jest praktycznie bezużyteczne. Zwiększenie pojemności będzie w zakresie od 4X do 5X. Wspomniano tylko o kompletności. W ogóle NIE zalecane.

W ubiegłym roku jako eksperyment próbowałem zbudować kondensator, owijając arkusze folii aluminiowej kilkakrotnie arkuszem papieru wokół rolki. Myślę, że mam tylko około 20 nF. Bardzo mało. Trudno byłoby znaleźć się w pobliżu tego na płytce drukowanej, ponieważ używałem stosunkowo dużych arkuszy Al.

czy to możliwe? TAK!

Jeśli przyjmuję twoje pytanie dosłownie i dosłownie, możesz zbudować czapki o tej wielkości na PCB o bardzo dużym rozmiarze. Nie znam równania obliczania wielkości płytki drukowanej, ale zakładam, że byłby on znacznie większy niż koszt kondensatora, który chcesz zbudować na płytce drukowanej.

Od jakiegoś czasu buduję dwustronne nakładki z płytkami „dwustronnymi PCB”. Mam zasięg około 30-150 pf. Zawsze pokrywam pCB powierzchnią i krawędziami, aby zwiększyć zdolność przebicia napięcia. NIGDY nie narażałbym ich na napięcie przekraczające kilkaset woltów, ponieważ przy częstotliwościach radiowych mogą być bardzo gorące !! Używam ich w cewkach pułapkowych do anten, a jeśli odpowiednio zaprojektowana, może bez problemu obsłużyć do około 300 w (PEP). Wątpię, czy poradziłby sobie o wiele więcej. Na pewno nie dałbym im żadnej gwarancji pracy na tych poziomach. Używam ich w antenach uwięzionych na moim QTH i na wyjściach radiowych, ale zawsze mamy poziomy mocy „boso”.

wiwaty Zauważyłem, że dane są nieco spóźnione> przepraszam, jeśli nie tego się spodziewaliśmy.

Często używam tej metody do układów wysokiej częstotliwości mocy biernej. Chcę jednak ostrzec, że „normalny” materiał PCB, taki jak tekstolit FR4 z włókna szklanego, działa niezgodnie z oczekiwaniami. Ma tan (fi) około 0,035, co oznacza, że ​​w moich konstrukcjach kondensator zbiornikowy 100 pF przy 4 kV i 10 Amp 100 MHz robi się „trochę” gorący… W pierwszych sekundach 200 ° C, a po minucie 400 C.

Kiedyś próbowałem przykleić grzejniki po obu stronach, próbowałem zanurzyć je w płynie chłodzącym itp. Logicznie rzecz biorąc, wcale nie jest to przyjemne. Zdjęcie w podczerwieni pokazało równomierne pole temperatury rzeczywiście przy powierzchni, bez żadnej zmienionej łaty wokół przylepiania drutu, dlatego z pewnością z tego powodu stoi ogrzewanie dielektryczne, a nie efekt Foucaulta w miedzi.

Ostatecznym rozwiązaniem, które znalazłem w moim przypadku, była wyprodukowana przez Rogers Inc. (w belgijskiej produkcji) teflonowa płytka drukowana, która (są różne materiały, podam najlepsze) ma tan (fi) = 0,0003. Różnica jest naprawdę warta swojej ceny. I ten kondensator jest o wiele tańszy niż Vishay z serii kVAR lub Jennings itp.

Po drugie: „Ludzie cewek Tesli” potrzebują rzeczy takich jak czapy 40 kV i pracują na tak niskich częstotliwościach, jak kHz, dlatego ogrzewanie dielektryczne nie jest dla nich tak ważne. Zatem nie ma nic lepszego niż płytki podłogowe z PCV, półtwarde w roladach, o grubości około 2 ... 3 mm. Umieść dwie miedziane folie pomiędzy nimi i włóż do „kiełbasy”. Materiał „taki jaki jest” może utrzymywać się do 40 kV lub maksymalnie 50, a jego epsilon wynosi między 2,7 ​​a 3,3, a współczynnik rozproszenia wynosi od 0,006 do 0,017. Tak więc, z wyjątkiem tego, że miedź może „chodzić” nieznacznie lub tworzyć kieszenie powietrzne, PCW należy postrzegać jako znacznie lepszy materiał na kondensatory w porównaniu z PCB z włókna szklanego-epoksydu.

3) Przeczytałem tutaj o swoich próbach dotyczących papieru. Pozostaje napisane, że liczby na produktach papierowych: film celofanowy: e = 6,7 ... 7,6 i tan = 0,065 ... 0,01, włókna papierowe 6,5 i 0,005; tkanka siarczanowa 1,8 i 0,001-0,0015; szmata-bawełniana chusteczka 1,7 i 0,0008-0,0065; tłoczenie 3.2 i 0,008. Logiczne jest, że w przypadku impregnowanych rodzajów papieru główny wpływ ma impregnująca substancja chemiczna. Tak więc papier jest materiałem raczej stratnym, jednak nawet działa lepiej niż PCB.