Können wir Kondensatoren auf einer Leiterplatte bauen?

Für die Größe von nF- oder µF-Kondensatoren hoffe ich, dass ich sie auf einer Leiterplatte aufbauen kann. Der Kondensator ist wie eine Zweimetallschicht und etwas dazwischen.

Ist das möglich?

Den Kondensator nicht kaufen, nur den Kondensator auf der Leiterplatte designen. Doppelte Metallschichten auf der Leiterplatte.

Es wird Ihnen schwer fallen, 1 nF zu erreichen, wenn Sie nur Kupfer auf eine Standard-Zweischicht- FR-4- Platine legen . Die Kapazität ergibt sich grob aus der Parallelplattengleichung:

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

In diesem Fall

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

oder

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

Das heißt, Sie benötigen 0,038 m ² oder 380 cm ² Kupferfläche, um 1 nF zu erzielen. Ich habe 4,7 als typische Dielektrizitätskonstante ( relative Permittivität ) für FR-4 und 1,6 mm als typische Plattendicke verwendet.

Es ist nicht ungewöhnlich, Kondensatoren im pF-Maßstab durch parallele Kupferregionen herzustellen, aber es wird normalerweise in Mehrschichtplatinen durchgeführt, bei denen der d- Term viel kleiner sein kann. Diese Art von konstruiertem Kondensator kann einen niedrigeren ESR und ESL als ein diskreter Kondensator erzielen , so dass er für die Umgehung von Stromversorgungen in sehr hochfrequenten Schaltkreisen nützlich ist.

Es gibt auch Firmen, die spezielle Materialien herstellen, die in einer mehrschichtigen Leiterplatte laminiert werden können, um eine Schicht mit hoher Dielektrizitätskonstante bereitzustellen, die den Aufbau eines noch größeren Kondensatorwerts durch Metallstrukturierung ermöglicht. 3M ist eins. Diese werden oft als eingebettete Kondensatoren oder vergrabene Kondensatoren bezeichnet. Wenden Sie sich an Ihren Leiterplattenhersteller, um zu erfahren, ob diese Art von Material unterstützt wird.

Es ist möglich, Kondensatoren auf diese Weise zu bauen, aber Sie können µF vergessen. Es würde höchstwahrscheinlich im pF-Bereich liegen.

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

Es wird schwierig sein, eine große Fläche auf einer Leiterplatte zu erstellen, und Sie können die Plattentrennung nicht willkürlich klein machen, da es für Sie schwierig ist, sie auf diese Weise zu erstellen, und Sie möchten wahrscheinlich auch, dass eine gewisse Spannung über der Leiterplatte liegt .

Und ja, dies bedeutet, dass Sie Kapazität von den Leiterbahnen auf der Platine erhalten. Dies ist normalerweise kein großer Wert, aber wichtig, insbesondere, wenn Sie lange Leiterbahnen nahe beieinander haben und mit einer hohen Frequenz arbeiten.

$\varepsilon_r$

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

$\varepsilon_r$

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

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

Selbst wenn wir ein dünneres Dielektrikum (FR4-Kern) und vielleicht sogar eine Mehrschichtplatine für mehr als zwei Platten verwenden, wird der Weg in Richtung nF groß und wir sind weit davon entfernt, in den µF-Bereich zu gelangen.

Sie können jedoch einige Kondensatoren an den Rändern Ihrer Platine verwenden und ihre Spannung mithilfe von zwei Kupferebenen, die als Kondensator fungieren, über die Platine verteilen. Die diskreten Kondensatoren, die parallel zu Ihrem PCB-Kondensator geschaltet sind, können als nahezu perfekter konzentrierter Kondensator fungieren und Ihrer schnellen Logik oder Leistungskonstruktion die warmen Fuzzies verleihen.

Sie werden keinen PCB-Kondensator verwenden, wenn Sie genaue oder große Werte benötigen, aber Sie können damit ein wirklich gutes Stromverteilungssystem für Ihr gesamtes Design erstellen.

Eine eher esoterische Form von Kondensatoren verwendet Randfelder und legt beide Elektroden in einem verschlungenen fraktalen Muster auf beiden Schichten an. Es gibt keine geschlossene Formlösung und es ist sehr herstellungstoleranzempfindlich, so dass es in diesem Fall praktisch unbrauchbar ist. Die Erhöhung der Kapazität würde im Bereich von 4X bis 5X liegen. Der Vollständigkeit halber nur erwähnt. Gar nicht geraten.

Als Experiment habe ich letztes Jahr versucht, einen Kondensator zu bauen, indem ich ein paar Mal Aluminiumfolienblätter, die durch ein Blatt Papier voneinander getrennt sind, um eine Rolle gewickelt habe. Ich glaube, ich habe nur ungefähr 20 nF. Sehr wenig. Es wäre schwierig, auf einer Platine in die Nähe davon zu kommen, da ich relativ große Al-Platten verwendete.

Ist das möglich? JA!

Wenn ich Ihre Frage wörtlich und wörtlich nehme, können Sie Kappen dieser Größenordnung auf Leiterplatten von sehr großer Größe bauen. Ich kenne die Gleichung zur Berechnung der Leiterplattengröße nicht, aber ich gehe davon aus, dass sie ziemlich viel höher ist als die Kosten des Kondensators, den Sie auf der Leiterplatte aufbauen möchten.

Ich baue seit einiger Zeit Double-Side-Caps mit "Double-Sided-PCB" -Platten. Ich bewege mich zwischen 30 und 150 Pf. Ich beschichte die Leiterplatte immer auf der Oberfläche und den Kanten, um die Spannungsfestigkeit zu erhöhen. Ich würde sie NIEMALS mehr als ein paar hundert Volt aussetzen, weil sie bei HF-Frequenzen ziemlich heiß werden können !! Ich verwende sie in Trap-Spulen für Antennen und kann bei richtiger Auslegung problemlos bis zu 300 W (PEP) verarbeiten. Ich bezweifle, dass die viel mehr können. Ich würde ihnen sicher keine Garantie geben, auf diesen Ebenen zu arbeiten. Ich benutze sie in gefangenen Antennen bei meinem QTH und bei Radioausflügen, aber wir sind immer auf "barfuß" -Leistungsniveaus.

Prost Ich habe die Daten ein wenig verspätet zur Kenntnis genommen.

Ich verwende diese Methode häufig für Hochfrequenzsysteme mit hoher Blindleistung. Ich möchte jedoch warnen, dass das "normale" PCB-Material wie FR4-Glasfaser-Textolit nicht wie erwartet wirkt. Es hat eine Bräune (fi) um 0,035, was bedeutet, dass in meinen Konstruktionen der 100 pF-Tankkondensator bei 4 kV und 10 Ampere von 100 MHz "etwas" heiß wird .... In den ersten Sekunden 200 C und nach Minute 400 C.

Irgendwann habe ich versucht, die Kühler von beiden Seiten anzukleben, es in Kühlmittel usw. zu tauchen. Logischerweise ist es überhaupt nicht schön. Das Infrarotfoto zeigte das in der Tat gleichmäßige Temperaturfeld einer Oberfläche ohne veränderte Flecken um den Draht, so dass aus diesem Grund eine dielektrische Erwärmung und kein Foucault-Effekt in Kupfer zu erwarten ist.

Die ultimative Lösung, die ich in meinem Fall gefunden habe, war die von Rogers Inc. (in Belgien hergestellt) hergestellte Leiterplatte auf Teflonbasis, die (es gibt verschiedene Materialien, von denen ich die beste Nummer gebe) tan (fi) = 0,0003 hat. Der Unterschied ist in der Tat das Geld wert. Und sicher ist dieser Kondensator muuuuch billiger als Vishay der kVAR-Serie oder Jennings etc.

Zweitens: Oft brauchen die "Tesla-Spulen-Leute" Dinge wie 40-kV-Kappen und sie arbeiten bei Frequenzen im kHz-Bereich, daher ist die dielektrische Erwärmung für sie nicht so wichtig. Dann gibt es nichts Besseres als PVC-Bodenfliesen, halbhart in Roulons, etwa 2 ... 3 mm dick. Zwei Kupferfolien dazwischen legen und in die "Wurst" einrollen. Dieses Material kann "so wie es ist" bis zu 40 kV oder bis zu 50 kV bestehen und weist ein Epsilon zwischen 2,7 und 3,3 mit einem Verlustfaktor zwischen 0,006 und 0,017 auf. Abgesehen davon, dass Kupfer leicht "wandeln" oder Lufteinschlüsse bilden kann, sollte PVC als wesentlich besseres Material für Kondensatoren im Vergleich zu Glasfaser-Epoxid-Leiterplatten angesehen werden.

3) Ich lese hier über die Versuche mit Papier. Es bleibt festzuhalten, dass Angaben zu Papierprodukten: Zellophanfolie: e = 6,7 ... 7,6 und tan = 0,065 ... 0,01, Papierfasern 6,5 und 0,005; Kraftgewebe 1,8 und 0,001-0,0015; Lappenbaumwollgewebe 1,7 und 0,0008-0,0065; pressboard 3.2 und 0.008. Bei imprägnierten Papiersorten spielt logischerweise die Imprägnierungschemikalie eine Hauptrolle. Somit ist das Papier eher verlustreiches Material, wirkt aber auch besser als PCB.