Pouvons-nous construire des condensateurs sur un circuit imprimé?

Pour la magnitude des condensateurs nF ou µF, j'espère pouvoir les construire sur une carte de circuit imprimé. Le condensateur est comme une couche de deux métaux et quelque chose entre eux.

Est-ce possible?

Ne pas acheter le condensateur, il suffit de concevoir le condensateur sur le circuit imprimé. Double couche de métal sur le circuit imprimé.

Vous aurez du mal à atteindre 1 nF en déposant simplement du cuivre sur une carte FR-4 standard à deux couches . La capacité est donnée approximativement par l'équation de la plaque parallèle:

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

Dans ce cas

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

ou

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

Cela signifie que vous aurez besoin de 0,038 m ² ou 380 cm ² de surface en cuivre pour atteindre 1 nF. J'ai utilisé 4,7 comme constante diélectrique typique ( permittivité relative ) pour le FR-4 et 1,6 mm comme épaisseur de carte typique.

Il n’est pas rare de fabriquer des condensateurs à l’échelle pF par régions de cuivre parallèles, mais cela se fait normalement dans des cartes multicouches où le terme d peut être beaucoup plus petit. Ce type de condensateur construit peut atteindre des valeurs ESR et ESL inférieures à celles d'un condensateur discret. Il est donc utile pour contourner les alimentations dans les circuits à très haute fréquence.

Il existe également des sociétés qui fabriquent des matériaux spéciaux qui peuvent être stratifiés dans un circuit imprimé multicouche afin de fournir une couche à constante diélectrique élevée, ce qui permet de construire une valeur de condensateur encore plus grande grâce à la structuration en métal. 3M est un. Celles-ci sont souvent appelées condensateurs intégrés ou condensateurs enterrés. Contactez votre atelier de fabrication de circuits imprimés pour savoir s’ils prennent en charge ce type de matériau.

Il est possible de construire des condensateurs de cette façon, mais vous pouvez oublier µF. Ce serait très probablement dans la gamme pF.

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

Il sera difficile de construire une grande surface sur une carte de circuit imprimé et vous ne pouvez pas réduire la séparation des plaques de manière arbitraire, car il vous sera difficile de le construire de cette façon et vous voudrez probablement aussi pouvoir être alimenté en tension. .

Et oui, cela signifie que vous obtenez une capacité sur le tableau à partir des traces, ce n'est généralement pas une valeur importante, mais c'est important, surtout si vous avez de longues traces proches les unes des autres et que vous utilisez une fréquence élevée.

$\varepsilon_r$

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

$\varepsilon_r$

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

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

Même si nous utilisions un diélectrique plus mince (noyau FR4), et peut-être même une carte multicouche pour plus de deux plaques, le fait d'atteindre nF sera important et nous sommes loin d'atteindre la plage des µF.

Cependant, vous pouvez utiliser des condensateurs sur les bords de votre carte et répartir leur tension sur toute la carte en utilisant deux plans en cuivre faisant office de condensateur. Les condensateurs discrets en parallèle avec votre condensateur de circuit imprimé peuvent agir comme un condensateur presque parfait, offrant à votre logique rapide ou à votre conception d’alimentation des couleurs floues.

Vous n’utiliserez pas de condensateur pour circuit imprimé si vous avez besoin de valeurs exactes ou élevées, mais vous pouvez vous en servir pour créer un système de distribution d’alimentation vraiment efficace pour toute votre conception.

Une forme plus ésotérique de condensateur utilise des champs frangeants et pose les deux électrodes sur les deux couches selon un motif fractal entrelacé. Il n’existe aucune solution sous forme fermée et il est très sensible à la tolérance de fabrication, il est donc pratiquement inutile dans ce cas. L'augmentation de la capacité serait comprise entre 4X et 5X. Vient de mentionner pour la complétude. Pas du tout conseillé.

Comme expérience l'année dernière, j'ai essayé de construire un condensateur en enroulant plusieurs fois des feuilles de papier d'aluminium séparées par une feuille de papier. Je pense que je n'ai que quelque chose autour de 20 nF ou plus. Très peu. Ce serait difficile de s’approcher de cela sur un circuit imprimé puisque j’utilisais des feuilles d’aluminium relativement imposantes.

Est-ce possible? OUI!

Si je prends votre question textuellement et littéralement, vous pouvez créer des plafonds de cette ampleur sur des PCB de très grande taille. Je ne connais pas l'équation du calcul de la taille du circuit imprimé, mais je suppose que ce serait beaucoup plus élevé que le coût du condensateur que vous souhaitez utiliser avec le circuit imprimé.

Je construis des capuchons double face avec des cartes "PCB double face" depuis un certain temps. Je me situe entre 30 et 150 pf. Je recouvre toujours le pCB sur la surface et les bords pour augmenter la capacité de coupure de tension. Je ne les soumettrais JAMAIS à plus de quelques centaines de volts, car aux fréquences RF, ils peuvent être très chauds !! Je les utilise dans des antennes pièges à bobines et, si elles sont correctement conçues, elles peuvent supporter environ 300w (PEP) sans aucun problème. Je doute que le puisse gérer beaucoup plus que cela. Je ne leur donnerais certainement aucune garantie de travailler à ces niveaux. Je les utilise dans des antennes piégées lors de mon QTH et lors de sorties radio, mais nous sommes toujours à des niveaux de puissance "pieds nus".

Cheers A noté les données un peu en retard> s'excuse si ce n'est pas ce à quoi on s'attendait.

J'utilise souvent cette méthode pour les systèmes haute fréquence à haute puissance réactive. Cependant, je tiens à vous avertir que le matériau "normal" des PCB, comme le textolite en fibre de verre FR4, n'agit pas comme prévu. Il a un tan (fi) autour de 0,035, ce qui signifie que, dans mes constructions, le condensateur du réservoir de 100 pF à 4 kV et 10 A de 100 MHz devient "très peu" chaud .... Dans les premières secondes, 200 C et après la minute 400 C

Quelque temps, j'ai essayé de coller les radiateurs des deux côtés, j'ai essayé de le plonger dans du liquide de refroidissement, etc. Logiquement, ce n'est pas agréable du tout. La photo infrarouge montrait le champ de température uniforme et uniforme par une surface, sans aucune altération de la collerette autour du fil, donc bien sûr pour le chauffage diélectrique et non pour un effet Foucault en cuivre.

La solution ultime que j'ai trouvée dans mon cas était Rogers Inc. (fabriquée en Belgique) à base de PCB à base de téflon, qui (il existe différents matériaux, je donne le nombre pour le meilleur de) a tan (fi) = 0,0003. La différence vaut de l'argent, en effet. Et bien sûr, ce condensateur est beaucoup moins cher que Vishay de la série KVAR ou Jennings etc.

Deuxièmement: Souvent, les "gens de la bobine de Tesla" ont besoin de composants comme des capuchons de 40 kV, et ils travaillent à des fréquences aussi basses que la fréquence du kHz, de sorte que le chauffage diélectrique n’est pas si important pour eux. Il n’ya alors rien de mieux que les dalles en PVC pour tapis de sol, du type semi-dur dans les roulons, d’une épaisseur de 2 à 3 mm environ. Mettez deux folia de cuivre entre et roulez dans la "saucisse". Ce matériau "en l'état" peut persister jusqu'à 40 kV ou jusqu'à 50 extrêmes et il a un epsilon compris entre 2,7 et 3,3 et un facteur de dissipation compris entre 0,006 et 0,017. Ainsi, si ce n’est que le cuivre peut "marcher" légèrement ou former des poches d’air, le PVC devrait être considéré comme un matériau de meilleure qualité pour les condensateurs par rapport au circuit imprimé époxy à fibres de verre.

3) Je lis ici à propos de ses essais sur le papier. Il reste écrit que les chiffres sur les produits en papier: film de cellophane: e = 6,7 ... 7,6 et tan = 0,065 ... 0,01, fibres de papier 6,5 et 0,005; tissu kraft 1,8 et 0,001-0,0015; tissu de coton chiffon 1,7 et 0,0008-0,0065; Pressboard 3.2 et 0.008. Logiquement, dans le cas de types de papier imprégnés, le produit chimique d’imprégnation a un impact principal. Ainsi, le papier est un matériau plutôt à pertes, même s'il agit mieux que le PCB.