¿Podemos construir condensadores en una placa PCB?

Le resultará difícil lograr 1 nF simplemente colocando cobre en una placa FR-4 estándar de dos capas . La capacitancia viene dada aproximadamente por la ecuación de placas paralelas:

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

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 necesitaría 0,038 m ² o 380 cm ² de área de cobre para lograr 1 nF. Utilicé 4,7 como constante dieléctrica típica ( permisividad relativa ) para FR-4 y 1,6 mm como espesor de placa típico.

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

También hay empresas que fabrican materiales especiales que se pueden laminar en una placa de circuito impreso multicapa para proporcionar una capa de alta constante dieléctrica, lo que permite la construcción de condensadores de valor aún mayor mediante patrones metálicos. 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 olvidarte de 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 las placas sea arbitrariamente pequeña, ya que le resultará difícil construirlo de esa manera y probablemente también querrá que pueda tener algo de voltaje a través de él. .

Y sí, esto significa que obtienes capacitancia en la placa a partir de las pistas, por lo general no es un valor grande pero es importante, especialmente si tienes pistas largas cerca unas de otras y estás ejecutando una alta frecuencia.

Para un capacitor en una PCB, debemos observar la fórmula común para un capacitor de placas paralelas 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$\varepsilon_r$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 usamos 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 llegar al rango de µF.

Sin embargo, puede usar algunos capacitores en los bordes de su tablero y distribuir su voltaje a través del tablero usando dos planos de cobre que actúan como capacitor. Los capacitores discretos en paralelo con su capacitor de PCB pueden actuar como un capacitor agrupado casi perfecto, lo que le da a su lógica rápida o diseño de energía los cálidos borrones.

No usará un capacitor 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 capacitor usa campos marginales 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 prácticamente es inútil en este caso. El aumento de la capacitancia estaría en el rango de 4X a 5X. Solo se menciona para completar. NO 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 varias veces. Creo que solo obtuve algo alrededor de 20 nF más o menos. Muy poco. Sería difícil acercarse a eso en una pcb ya que estaba usando hojas relativamente grandes de Al.

es posible? ¡SI!

Si tomo su pregunta palabra por palabra y literalmente, puede construir tapas de esa magnitud en PCB de un tamaño muy grande. No conozco la ecuación para calcular el tamaño de la placa de circuito impreso, pero supongo que sería bastante mayor que el costo del condensador que desea construir en la placa de circuito impreso.

He estado construyendo tapas de doble cara con placas de "PCB de doble cara" durante un tiempo. 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 pocos cientos de voltios, porque a las frecuencias de RF, ¡pueden calentarse bastante! Los uso en bobinas de trampa para antenas y, si se diseñan correctamente, pueden manejar hasta aproximadamente 300w (PEP) sin problemas. Dudo que pueda manejar mucho más que eso. Seguro que no les daría ninguna garantía de trabajar a esos niveles. Los uso en antenas atrapadas en mi QTH y en salidas de radio, pero siempre estamos en niveles de potencia "descalzos".

saludos Tomé nota de los datos un poco tarde> disculpe si esto no es lo que se esperaba.

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

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

La solución definitiva que encontré en mi caso fue Rogers Inc. produjo (en la fabricación de Bélgica) PCB a base de teflón, que (hay diferentes materiales, doy el mejor número) tiene tan (fi) = 0,0003. La diferencia vale la pena el dinero, de hecho. Y seguro que 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 en frecuencias de rango tan bajas como kHz, por lo que el calentamiento dieléctrico no es tan importante para ellos. Entonces nada mejor que la moqueta de suelo de losetas de PVC, del tipo semiduro en roulons, de unos 2...3 mm de espesor. Ponga dos hojas de cobre entre ellas y enrolle en la "salchicha". Este material "tal cual" puede persistir hasta 40 kV o en el extremo 50, y tiene épsilon entre 2,7 y 3,3 con 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 debe verse como un material mucho mejor para los condensadores en comparación con la PCB de fibra de vidrio y epoxi.

3) Leí aquí sobre las pruebas de uno sobre el papel. Queda escrito que figura en los 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 de trapo 1,7 y 0,0008-0,0065; cartón prensado 3.2 y 0.008. Para el caso de tipos de papel impregnados, lógicamente, el químico de impregnación tiene un impacto principal. Por lo tanto, el papel es un material con pérdidas, sin embargo, incluso actúa mejor que el PCB.