Можем ли мы построить конденсаторы на печатной плате?

Что касается величины конденсаторов nF или µF, я надеюсь, что смогу построить их на печатной плате. Конденсатор похож на два металлических слоя и что-то между ними.

Это возможно?

Не покупая конденсатор, просто спроектируйте конденсатор на плате PCB. Двойные металлические слои на печатной плате.

Вам будет трудно достичь 1 нФ, просто выложив медь на стандартную двухслойную плату FR-4 . Емкость дается примерно уравнением параллельной пластины:

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

В этом случае

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

или

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

Это означает, что для достижения 1 нФ вам потребуется 0,038 м ² или 380 см ² площади меди. Я использовал 4,7 в качестве типичной диэлектрической проницаемости ( относительной диэлектрической проницаемости ) для FR-4 и 1,6 мм в качестве типичной толщины плиты.

Нередко изготавливать конденсаторы масштаба pF по параллельным медным областям, но обычно это делается в многослойных платах, где d- член может быть намного меньше. Этот тип сконструированных конденсаторов может достигать более низких значений ESR и ESL, чем дискретный конденсатор, поэтому он полезен для обхода источников питания в цепях очень высокой частоты.

Существуют также компании, которые производят специальные материалы, которые можно ламинировать в многослойной печатной плате, чтобы обеспечить слой с высокой диэлектрической проницаемостью, позволяющий создавать еще большее значение конденсатора с помощью металлического рисунка. 3М один. Их часто называют встроенными конденсаторами или встроенными конденсаторами. Обратитесь в магазин по изготовлению печатных плат, чтобы узнать, поддерживают ли они этот тип материала.

Конденсаторы можно построить таким образом, но вы можете забыть мкФ. Скорее всего, это будет в диапазоне pF.

Я думаю, что формула для расчета емкости пластинчатого конденсатора была бы уместной здесь. $C = \dfrac{\varepsilon A}{d}$

Будет трудно построить большую площадь на печатной плате, и вы не сможете сделать разделение пластин сколь угодно малым, так как вам будет трудно построить его таким образом, и вы также, вероятно, захотите, чтобы на нем было какое-то напряжение. ,

И да, это означает, что вы получаете емкость на плате от трасс, обычно это не большое значение, но это имеет значение, особенно если у вас длинные трассы рядом друг с другом, и вы используете высокую частоту.

Для конденсатора на печатной плате нам нужно взглянуть на общую формулу для конденсатора с параллельными пластинами с площадью A, расстоянием d между пластинами и относительной диэлектрической проницаемостью .$\varepsilon_r$

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

Давайте использовать некоторые общие цифры: наша печатная плата имеет площадь 100 мм х 100 мм = 0,01 м ² , толщина сердечника составляет 1,5 мм, а FR4 (он же «эпоксидная смола типа печатной платы») в виде прибл. 4.2. Таким образом,$\varepsilon_r$

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

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

Даже если бы мы использовали более тонкий диэлектрик (сердечник FR4) и, возможно, даже многослойную плату для более чем двух пластин, переход к nF будет большим, и мы далеки от того, чтобы попасть в диапазон мкФ.

Однако вы можете использовать некоторые конденсаторы по краям платы и распределять их напряжение по плате, используя две медные плоскости, выступающие в качестве конденсатора. Дискретные конденсаторы, параллельные вашей конденсатору на печатной плате, могут действовать как один почти идеальный конденсатор с сосредоточенными параметрами, предоставляя вашей быстрой логике или силовой конструкции теплые размышления.

Вы не будете использовать конденсатор на печатной плате, если вам нужны точные или большие значения, но вы можете использовать его, чтобы создать действительно хорошую систему распределения энергии в вашей полной конструкции.

Более эзотерическая форма конденсатора использует краевые поля и выкладывает оба электрода на оба слоя в виде переплетенной фрактальной структуры. Не существует решения в закрытой форме, и оно очень чувствительно к производственным допускам, поэтому практически бесполезно в этом случае. Увеличение емкости будет в диапазоне от 4X до 5X. Просто упомянуто для полноты. Совсем не советовал.

В качестве эксперимента в прошлом году я попытался построить конденсатор, намотав несколько раз листы алюминиевой фольги, разделенные листом бумаги, вокруг рулона. Я думаю, что я получил что-то около 20 нФ или около того. Очень мало. Было бы трудно найти что-то подобное на печатной плате, так как я использовал относительно большие листы Al.

Это возможно? ДА!

Если я возьму ваш вопрос дословно и буквально, вы можете построить колпачки такой величины на печатной плате очень большого размера. Я не знаю уравнения для расчета размера платы, но я предполагаю, что он будет значительно больше, чем стоимость конденсатора, который вы хотите построить на плате.

Некоторое время я строил двухсторонние колпачки с «двухсторонними печатными платами». Я в диапазоне около 30-150 человек. Я всегда покрываю pCB на поверхности и по краям, чтобы помочь увеличить возможность отключения напряжения. Я бы НИКОГДА не подвергал их более чем нескольким сотням вольт, потому что на радиочастотах они могут сильно нагреваться !! Я использую их в ловушках для антенн, и при правильной конструкции может без проблем выдерживать мощность до 300 Вт (PEP). Я сомневаюсь, что смог справиться гораздо больше, чем это. Я уверен, что не даст им никаких гарантий для работы на этих уровнях. Я использую их в ловушечных антеннах на своем QTH и на выходах на радио, но мы всегда на уровне мощности "босиком".

ура Отметил данные немного поздно> извиниться, если это не то, что ожидалось.

Я часто использую этот метод для высокочастотных систем с высокой реактивной мощностью. Однако я хочу предупредить, что «нормальный» материал печатной платы, такой как стекловолоконный текстолит FR4, работает не так, как ожидалось. Он имеет tan (fi) около 0,035, что означает, что в моих конструкциях емкостный конденсатор емкостью 100 пФ при 4 кВ и 10 Ампер 100 МГц «немного нагревается» ... В первые секунды 200 C и после минуты 400 C.

Некоторое время я пытался приклеить радиаторы с обеих сторон, пытался погрузить их в охлаждающую жидкость и т. Д. По логике это совсем нехорошо. Инфракрасная фотография показала равномерное поле температуры на поверхности, без каких-либо измененных пятен вокруг прилипания проволоки, таким образом, это определенно является причиной диэлектрического нагрева, а не эффекта Фуко в меди.

Наилучшим решением, которое я нашел в моем случае, было производство Rogers Inc. (в Бельгии) печатной платы на основе тефлона, которая (есть разные материалы, я приведу число для лучших) имеет tan (fi) = 0,0003. Разница действительно стоит денег. И уверен, что этот конденсатор намного дешевле, чем Vishay серии kVAR или Jennings и т. Д.

Во-вторых: часто «людям с катушками Тесла» нужны такие вещи, как кепки 40 кВ, и они работают на частотах диапазона кГц, поэтому диэлектрический нагрев для них не так важен. Тогда нет ничего лучше напольной ковровой ПВХ-плитки полутвердого типа в рулонах толщиной около 2 ... 3 мм. Положите две медные листочки между ними и скатайте в «колбасу». Этот материал «как есть» может сохраняться до 40 кВ или на пределе 50, и его эпсилон составляет от 2,7 до 3,3 с коэффициентом рассеяния от 0,006 до 0,017. Таким образом, за исключением того, что медь может слегка «ходить» или образовывать воздушные карманы, ПВХ следует рассматривать как гораздо лучший материал для конденсаторов по сравнению с эпоксидной печатной платой из стекловолокна.

3) Я читаю здесь о своих испытаниях по поводу бумаги. Остается написанным, что цифры на бумажных изделиях: целлофановая пленка: e = 6,7 ... 7,6 и tan = 0,065 ... 0,01, бумажные волокна 6,5 и 0,005; крафт-ткань 1,8 и 0,001-0,0015; тряпичная хлопчатобумажная ткань 1,7 и 0,0008-0,0065; картон 3,2 и 0,008. Логично, что в случае пропитанных сортов бумаги пропитывающий химикат оказывает основное влияние. Таким образом, бумага является материалом с потерями, однако даже она действует лучше, чем печатная плата.