¿Podemos construir condensadores en una placa PCB?

Le será difícil lograr 1 nF simplemente distribuyendo cobre en una FR-4 tablero. La capacitancia viene dada aproximadamente por la ecuación de 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 \ veces 10 ^ {- 8} \ mathrm {F / m ^ 2}) \ $

Significa que necesitarías .038 m ² o 380 cm ² del área de cobre para alcanzar 1 nF. Utilicé 4.7 como una constante dieléctrica típica ( permitividad relativa ) para FR-4 y 1,6 mm como grosor de placa típico.

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

También hay compañías que fabrican materiales especiales que se pueden laminar en una PCB multicapa para proporcionar una capa de alta dieléctrica constante, lo que permite la construcción de un valor de capacitor aún mayor mediante patrones de metal. 3M es uno. Estos a menudo se denominan condensadores integrados o condensadores enterrados. Póngase en contacto con su taller de fabricación de PCB para ver si admiten este tipo de material.

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

Creo que la fórmula para calcular la capacitancia de un capacitor 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 nos será difícil construirla de esa manera y probablemente también querrá que pueda tener alguna voltaje a través de él.

Y sí, esto significa que obtienes capacitancia en el tablero a partir de las trazas, por lo general no es un valor alto, pero es importante, especialmente si tienes rastros largos cerca unos de otros y estás ejecutando una alta frecuencia.

Para un capacitor en una PCB, debemos observar la fórmula común para un capacitor 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 una \ $ \ varepsilon_r \ $ de aprox. 4.2. Por lo tanto,

\ $ 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 quizás 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 la placa y distribuir su voltaje a través de la placa utilizando dos planos de cobre que actúan como un condensador. Los condensadores discretos en paralelo con su PCB pueden actuar como un condensador concentrado casi perfecto, lo que le da a su lógica rápida o diseño de potencia los "fuzzies" calientes.

No usarás un capacitor de PCB si necesitas valores exactos o grandes, pero puedes usarlo para crear un sistema de distribución de energía realmente bueno en tu diseño completo.

Una forma más esotérica de condensador utiliza campos de borde 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 la capacitancia estaría en el rango de 4X a 5X. Apenas mencionado para la integridad. En absoluto aconsejado.

Como experimento el año pasado, intenté construir un condensador envolviendo hojas de papel de aluminio separadas por una hoja de papel alrededor de un rollo unas cuantas veces. Creo que solo tengo algo alrededor de 20 nF o así. Muy poco. Sería difícil acercarse a eso en una PCB ya que estaba usando hojas de Al relativamente grandes.

  

¿Es esto posible? SÍ!

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

He estado construyendo tapas de doble lado con placas de "PCB de doble cara" por un tiempo. Estoy en el rango de 30-150 pf. Siempre cubro el pCB en la superficie y los bordes para ayudar a aumentar la capacidad de descomposición del voltaje. ¡NUNCA los sometería a más de unos pocos cientos de voltios, porque en las frecuencias de RF, pueden calentarse bastante! Los uso en trampas para las antenas y, si están bien diseñados, pueden manejar hasta 300 vatios (PEP) sin problemas. Dudo que pudiera 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".

saludos Tomó nota de los datos un poco tarde > disculparse 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 tan (fi) alrededor de 0.035, lo que significa que en mis construcciones, el condensador del tanque de 100 pF a 4 kV y 10 amperios de 100 MHz se calienta "poco" ... En los primeros segundos de 200 C y después del minuto 400 C.

Alguna vez probé a pegar los radiadores por ambos lados, traté de sumergirlo en el refrigerante, etc. Lógicamente no está nada bien. La foto de infrarrojos muestra el campo de temperatura uniforme de hecho por una superficie, sin ningún parche alterado alrededor del alambre pegado, por lo que es seguro que existe una calefacción dieléctrica y no un efecto de Foucault en el cobre.

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

En segundo lugar: A menudo, las "bobinas Tesla de las personas" necesitan cosas como tapas de 40 kV, y funcionan a frecuencias de rango tan bajas como de kHz, por lo que el calentamiento dieléctrico no es tan importante para ellas. Entonces, no hay nada mejor que las baldosas de moqueta de PVC, el tipo semiduro en rizos, de aproximadamente 2 ... 3 mm de grosor. Ponga dos hojas de cobre entre y enrolle en la "salchicha". Este material "tal como está" puede persistir hasta 40 kV o en el extremo 50, y tiene una 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" ligeramente o formar bolsas de aire, el PVC debería verse como un material mucho mejor para los condensadores en comparación con el PCB de fibra de vidrio-epoxi.

3) Leí aquí acerca de las pruebas de uno sobre el papel. Queda escrito que figura en 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 algodón trapo 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 de impregnación tiene un impacto principal. Por lo tanto, el papel es bastante material con pérdidas, sin embargo, incluso actúa mejor que PCB.