¿Podemos construir condensadores en una placa PCB?

Por la magnitud de los condensadores nF o µF, espero poder construirlos en una placa PCB. El condensador es como una capa de dos metales y algo entre ellos.

es posible?

No compre el condensador, solo diseñe el condensador en la placa PCB. Doble capa de metal en la placa PCB.

Te resultará difícil lograr 1 nF simplemente colocando cobre en una placa estándar FR-4 de dos capas . La capacitancia está dada aproximadamente por la ecuación de la placa paralela:

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

En este caso

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

o

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

Lo que significa que necesitarías 0,038 m ² o 380 cm ² de área de cobre para lograr 1 nF. Usé 4.7 como una constante dieléctrica típica ( permitividad relativa ) para FR-4 y 1.6 mm como grosor típico de la placa.

No es raro hacer condensadores de escala pF por regiones paralelas de cobre, pero normalmente se hace en placas multicapa donde el término d puede ser mucho más pequeño. Este tipo de condensador construido puede lograr ESR y ESL más bajos que un condensador discreto, por lo que es valioso para evitar las fuentes de alimentación en circuitos de muy alta frecuencia.

También hay empresas que fabrican materiales especiales que se pueden laminar en una PCB multicapa para proporcionar una capa de alta constante dieléctrica, lo que permite la construcción de un valor de condensador aún mayor por el patrón de metal. 3M es uno. A menudo se denominan condensadores integrados o condensadores enterrados. Póngase en contacto con su taller de fabricación de PCB para ver si son compatibles con este tipo de material.

Es posible construir condensadores de esa manera, pero puede olvidar µF. Lo más probable es que esté en el rango de pF.

Creo que la fórmula para calcular la capacitancia de un condensador de placa sería apropiada aquí. $C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$

Será difícil construir un área grande en una PCB y no puede hacer que la separación de la placa sea arbitrariamente pequeña, ya que será difícil para usted construirla de esa manera y es probable que también desee que tenga algo de voltaje a través de ella. .

Y sí, esto significa que obtienes capacitancia en el tablero de las trazas, por lo general no es un gran valor, pero es importante, especialmente si tienes trazas largas cerca una de la otra y estás ejecutando una frecuencia alta.

Para un condensador en una PCB, necesitamos mirar la fórmula común para un condensador de placa paralela con un área A, una distancia de d entre las placas y una permitividad relativa .$\varepsilon_r$

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

Usemos algunos números comunes: nuestra PCB tiene un área de 100 mm x 100 mm = 0.01 m ² , el grosor del núcleo es de 1.5 mm y FR4 (también conocido como "epoxi tipo PCB") como de aprox. 4.2. Así,$\varepsilon_r$

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

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

Incluso si utilizamos un dieléctrico más delgado (núcleo FR4), y tal vez incluso una placa multicapa para más de dos placas, llegar a nF será grande, y estamos lejos de entrar en el rango de µF.

Sin embargo, puede usar algunos condensadores en los bordes de su placa y distribuir su voltaje a través de la placa utilizando dos planos de cobre que actúan como condensador. Los condensadores discretos en paralelo con su condensador de PCB pueden actuar como un condensador agrupado casi perfecto, dando a su lógica rápida o diseño de potencia las cálidas pelusas.

No usará un condensador de PCB si necesita valores exactos o grandes, pero puede usarlo para crear un sistema de distribución de energía realmente bueno en su diseño completo.

Una forma más esotérica de condensador utiliza campos de franjas y coloca ambos electrodos en ambas capas en un patrón fractal entrelazado. No existe una solución de forma cerrada y es muy sensible a la tolerancia de fabricación, por lo que es prácticamente inútil en este caso. El aumento de capacitancia estaría en el rango de 4X a 5X. Acabo de mencionar para completar. En absoluto aconsejado.

Como experimento, el año pasado intenté construir un condensador envolviendo varias veces hojas de papel de aluminio separadas por una hoja de papel alrededor de un rollo. Creo que solo obtuve algo alrededor de 20 nF más o menos. Muy poco. Sería difícil llegar a eso en un pcb ya que estaba usando hojas relativamente grandes de Al.

es posible? ¡SÍ!

Si tomo su pregunta al pie de la letra y literalmente, puede construir tapas de esa magnitud en PCB de un tamaño muy grande. No sé la ecuación de calcular el tamaño de la PCB, pero supongo que sería bastante mayor que el costo del condensador que desea construir en la PCB.

He estado construyendo tapas de doble cara con placas de "PCB de doble cara" por un tiempo. Yo rango alrededor de 30-150 pf. Siempre cubro el pCB en la superficie y los bordes para ayudar a aumentar la capacidad de ruptura de voltaje. ¡NUNCA los sometería a más de unos cientos de voltios, porque a frecuencias de RF, pueden calentarse bastante! Los uso en bobinas trampa para antenas, y si está diseñado adecuadamente puede manejar hasta aproximadamente 300w (PEP) sin problemas. Dudo que pueda manejar mucho más que eso. Seguro que no les daría ninguna garantía para trabajar en esos niveles. Los uso en antenas atrapadas en mi QTH y en salidas de radio, pero siempre estamos en niveles de potencia "descalzos".

aplausos Notó los datos un poco tarde> disculpe si esto no es lo que se esperaba.

A menudo estoy usando este método para sistemas de alta frecuencia de alta potencia reactiva. Sin embargo, quiero advertir que el material PCB "normal" como la textolita de fibra de vidrio FR4 no actúa como se esperaba. Tiene un bronceado (fi) alrededor de 0.035, lo que significa que en mis construcciones el condensador de tanque de 100 pF a 4 kV y 10 Amp de 100 MHz se calienta "poco" ... En los primeros segundos 200 C y después del minuto 400 C.

En algún momento intenté pegar los radiadores en ambos lados, traté de sumergirlo en refrigerante, etc. Lógicamente, no es nada agradable. La foto infrarroja muestra el campo de temperatura uniforme de hecho por una superficie, sin ningún parche alterado alrededor de la adherencia del cable, por lo tanto, seguro por la razón soporta el calentamiento dieléctrico y no un efecto Foucault en cobre.

La solución definitiva que encontré en mi caso fue que Rogers Inc. produjo (en la fabricación de Bélgica) PCB a base de teflón, que (hay diferentes materiales, le doy el mejor número) tiene tan (fi) = 0,0003. La diferencia vale el dinero, de hecho. Y seguro, este condensador es mucho más barato que Vishay de la serie kVAR o Jennings, etc.

En segundo lugar: a menudo la "gente de bobinas de Tesla" necesita cosas como tapas de 40 kV, y están trabajando a frecuencias de rango tan bajas como kHz, por lo que el calentamiento dieléctrico no es tan importante para ellos. Entonces no hay nada mejor que las losetas de PVC para alfombras de piso, del tipo semiduro en roulons, de aproximadamente 2 ... 3 mm de espesor. Pon dos folias de cobre entre y rodar en la "salchicha". Este material "tal como está" puede persistir hasta 40 kV o en el extremo 50, y tiene épsilon entre 2.7 y 3.3 con un factor de disipación entre 0.006 y 0.017. Por lo tanto, excepto que el cobre puede "caminar" levemente o formar bolsas de aire, el PVC debería ser visto como un material mucho mejor para los condensadores en comparación con el PCB de fibra de vidrio-epoxi.

3) Leí aquí sobre las pruebas de uno sobre el papel. Sigue escrito que las cifras sobre productos de papel: película de celofán: e = 6.7 ... 7.6 y tan = 0.065 ... 0.01, fibras de papel 6.5 y 0.005; tejido kraft 1.8 y 0.001-0.0015; tejido de trapo-algodón 1.7 y 0.0008-0.0065; Pressboard 3.2 y 0.008. Para el caso de los tipos de papel impregnados, lógicamente, el producto químico impregnante tiene un impacto principal. Por lo tanto, el papel es un material con pérdidas, sin embargo, incluso actúa mejor que el PCB.