Hallo zusammen
und ein gutes neues Jahr!
Ich habe eine theoretische Frage.
Die Kapazität eines Plattenkondensators berechnet sich allgemein zu:
C = ε0 εr A/d
Bei Leiterbahnen kann man vereinfachend A = Breite mal Länge rechnen.
So weit, so gut. Bild 1 ist also klar.
Aber Bild 2 ist ja nicht nur Bild 1 mal zwei, oder? Man müsste doch die
zusätzliche Grenzfläche in der Mitte ebenfalls berücksichtigen, d.h. bei
einer Kammartigen Struktur (Bild 3) kämen für jedes weitere
Leiterbahn-Paar zwei Grenzflächen hinzu. Wenn x die Kapazität eines
Leiterbahn-Paares ist, dann hätte der Kamm aus n Paaren C = (2n+1)x.
Richtig?
Wenn man nun beide Seiten einer doppelseitigen Leiterplatte auf diese
Weise "bestückt", dann sollten sich beide einfach addieren.
Aber was ist, wenn sie "antiparallel" liegen, d.h. der plus-Kamm unter
dem minus-Kamm? Wie rechnet man das?
P.S.: Seit wann funktionieren die [math] tags nicht mehr?
Kondi schrieb:> Aber was ist, wenn sie "antiparallel" liegen, d.h. der plus-Kamm unter> dem minus-Kamm?
Du hast natürlich gegenüberliegende Plattenkondensatoren mit dem
Epoxyglasfaser als Dielektrikum, aber auf Grund der vielen Grenzlinien
die das elektrostatische Feld verzerren wohl eher nicht rechnen sondern
bauen und ausmessen. Mehr als Pikofarad kommen damit aber nicht
zusammen.
Hi,
Kondi schrieb:> Bei Leiterbahnen kann man vereinfachend A = Breite mal Länge rechnen.
Meinst du bei parallel auf einer Ebene liegenden Leiterbahnen? Dann
wärst du auf dem Holzweg.
> So weit, so gut. Bild 1 ist also klar.
Nein, ich fürchte nicht. Ich kann die Bilder nur so verstehen, dass du
tatsächlich parallel auf einer Ebene liegende, und nicht geschichtete
(Multilayer) Leiterbahnen meinst.
Das eine ?
Eins der drei ??? schrieb:> Meinst du bei parallel auf einer Ebene liegenden Leiterbahnen?
Genau das meine ich.
Eins der drei ??? schrieb:> Dann wärst du auf dem Holzweg.
Mir ist klar, dass das eine Vereinfachung ist, da die Flächen nicht mit
der Leiterbahnbreite direkt einander gegenüber liegen sondern nur mit
der Leiterbahndicke (35µm).
Allerdings wird das wohl so gemacht.
Zumindest behauptet ein "netter Gast" dies hier:
Beitrag "Re: Kapazität zweier parallen Leiterbahnen"
Vielleicht müsste man statt des Clearings den c-c Abstand einsetzen (als
mittlerer Abstand).
Michael B. schrieb:> Mehr als Pikofarad kommen damit aber nicht> zusammen.
Das wäre ja für einen Wasser- oder Regensensor ausreichend.
Kondi schrieb:> Seit wann funktionieren die [math] tags nicht mehr?
OK - sie funktionieren. Nur nicht in der Vorschau.
Kondi schrieb:> Allerdings wird das wohl so gemacht.
Ja, das wird auf der Leiterplatte so gemacht, aber es wird nicht so
berechnet wie ein Plattenkondensator, es ist ja auch keiner. Bestenfalls
kannst du dir als Modell einen Plattenkondensator vorstellen, der in der
oberen Hälfte Luft und in der unteren FR4 als Dielektrikum hat. Aber das
Feld wird natürlich stark in Richtung FR4 verzerrt.
Wie sich das elektrische Feld ausbildet, wird am besten mit einem Field
Solver berechnet, die Formeln für den Plattenkondensator besagen in dem
Fall garnichts. Für die Praxis gibt es daraus abgeleitete
Näherungsformeln. Da nur pF realisierbar sind, werden solche
Kondensatoren nur in der HF-Technik angewendet, man fand sie früher in
TV-Antennenverstärkern, aber die sind ja ausgestorben.
Georg
Georg schrieb:> Ja, das wird auf der Leiterplatte so gemacht,
Meine Antwort und der Link darin bezogen sich beide auf die Rechnung.
Dort wird verwiesen auf "Werkbuch Elektronik", 2.3 F. Kapazitäten von
Leiterbahnaufbauten.
Ob der Poster einfach die Berechnung von Leitern auf zwei Seiten einer
zweiseitigen Platine mit der Berechnung für parallel laufende Bahnen auf
einer Seite verwechselt hat, kann ich nicht sagen, da ich das Buch nicht
habe.
Jedenfalls war das Posting aber als Antwort für den Fall parallel
laufender Leiterbahnen auf einer Seite gedacht.
In Deinem Link ist dagegen die Rede von einzelnen (ungepaarten)
Leiterbahnen.
In der Design-Rechnung bilden die Autoren ebenfalls die wie für den
Plattenkondensator berechnete Summe der Beiträge der Einzelflächen.
Ansonsten geht es Ihnen offenbar darum, Ihre Simulationssoftware zu
diskreditieren. ;-)
Kondi schrieb:
.
> Mir ist klar, dass das eine Vereinfachung ist, da die Flächen nicht mit> der Leiterbahnbreite direkt einander gegenüber liegen sondern nur mit> der Leiterbahndicke (35µm).
Die Stirnseiten als Kondensatorplatten zu betrachten wird nicht
funktionieren. Welche Rolle sollen denn die 35u denn spielen?
z.B. minimum trace width/space is 0.004" ~ 100µ/0,1mm
Die Stirnflaeche welche die Platten ausmachen wuerden, betruege dann
ungefaehr 1/8 der Gesamtoberflaeche. Ungefaehr die Haelfte der
Gesamtoberflaeche steht aber in direktem Kontakt mit einem Dielektrikum
dessen Permittivitaet ca. 5 mal ueber der von Luft liegt.
> einer Kammartigen Struktur (Bild 3) kämen für jedes weitere> Leiterbahn-Paar zwei Grenzflächen hinzu. Wenn x die Kapazität eines
Einfach grob mit der Anzahl der Paare Multiplizieren. Probiere es halt
und messe nach, das genau berechnen zu wollen wird man wohl getrost
vergessen koennen.
-----
ehemals netter Geast schrieb:> Ungefaehr die Haelfte der> Gesamtoberflaeche steht aber in direktem Kontakt mit einem Dielektrikum> dessen Permittivitaet ca. 5 mal ueber der von Luft liegt.
Na, eben. Deshalb fand ich die von Dir angegebene Gleichung ja auch
nicht gleich so unplausibel wie Georg.
ehemals netter Geast schrieb:> das genau berechnen zu wollen wird man wohl getrost> vergessen koennen.
Naja, in der von Georg verlinkten Veröffentlichung rechnen die Autoren
ja auch. Das, was sie als "Design Value" bezeichnen, ist wohl der nach
dem Plattenkondensatormodell in Abb. 3 berechnete Wert. Dieser stimmt
sehr gut mit dem gemessenen überein. (Demgegenüber ist ihre Simulation
Schrott.)
Wenigstens die Größenordnung abschätzen möchte ich.
Wenn wenige Zentimeter Leitungspaar eine Kapazität im pF-Bereich
haben...
Ich kann ja auf 20x30mm locker einen Meter Leitungspaar unterbringen.
Pro Seite. Also müsste man im Bereich von einigen hundert pF landen.
Ja, das ist sehr hilfreich. Danke!
Daraus geht eindeutig hervor, dass die Rechnung für parallel laufende
Leiterbahnen auf derselben Seite der Leiterplatte gedacht war und nicht
für verschiedene Seiten der Leiterplatte.
6pF/10cm...
Etwas verwirrend finde ich Seite 632: Dort können mit a und b ja nicht a
und b in Abb. 2.3-13 gemeint sein sondern a = Abstand und b = Bahnbreite
wie auf der Seite davor.
Anhand der Grafik komme ich also bei einer doppelseitigen Kamm-Platine
von 2x3cm bei 0,25mm Bahnbreite und -abstand auf immerhin 60pF.
(was natürlich nicht ganz durch die Gleichung auf Seite 631 zu erklären
ist...)
Arno H. schrieb:> Hast du schon mal bei Gunthard Kraus geguckt?
Guter Tipp, haettest aber einfach auch das Stichwort
"Interdigitalkondensator" aus dem Dokument nennen koennen.
Interdigital-/interdigitated-capacitor
to interdigitate - fingerartig ineinandergreifen
und hey, erster Treffer :)
http://www.rfwireless-world.com/calculators/interdigital-capacitor-calculator.html
---
Wobei diese Strukturen mit zwei, drei und wenige mm kurzen Fingern fuer
den GHz-Bereich welche man gelegentlich sieht eher unter < 1pF
angesiedelt sind.
Kenne mich damit aber nicht weiters aus.
> Interdigital-/interdigitated-capacitor
gunthard-kraus:
http://www.gunthard-kraus.de/Ansoft%20Designer%20SV/
"Seit Juni 2010 hat Ansoft diese Software von seiner Homepage und
komplett aus dem Internet genommen! Mir wurde jedoch gestattet, sie in
meiner Homepage zum Download für Leute zu hosten, die weiterhin gern
damit arbeiten möchten. Bitte hier herunterladen. ..."
Michel M. schrieb:> Differential Stripline Impedance Calculator Online
Unter differential stripline oder besser differential microstrip finde
ich jede Menge online-Tools, die aber alle leider nur die
Leitungsimpedanz ausrechnen.
ehemals netter Gast schrieb:> http://www.rfwireless-world.com/calculators/interdigital-capacitor-calculator.html
Hey, das ist doch mal ein Treffer.
Mal schnell eingesetzt:
Eine Kamm-Platine von 2x3cm bei 0,25mm Bahnbreite und -abstand,
sollte also knapp 3cm lange Finger mit 2 Fingern/mm haben, (einer rauf
einer runter, aber vielleicht zählen sie das nur als einen,) also 40
Finger (oder 20).
Ergibt 27pF/cm (bzw. 13pF/cm).
Hmmm - wieso pro cm?
Ich habe doch alle Dimensionen bereits eingegeben.
Oder habe ich die "finger base width" missverstanden?
Meinten sie die Breite eines Fingerpaares? Aber so ist es nicht auf der
Zeichnung.
Gegenüber "Plattenkondensatoren" wird diese Konstruktion deutlich höhere
parasitäre Eigenschaften haben - R und L.
Frage ist, was Du erreichen willst, und ob ein paar SMD Cercos nicht
wirtschaftlicher sind, als diese Schwingkreise.
Wenn Du das ganze aber mal aufbauen solltest, würde ich mich sehr für
gemessene Frequenzgänge interessieren.
Marcus H. schrieb:> Frage ist, was Du erreichen willst,
Eine möglichst große Kapazität, die durch Regen oder Wasser deutlich
verändert wird.
Marcus H. schrieb:> Wenn Du das ganze aber mal aufbauen solltest, würde ich mich sehr für> gemessene Frequenzgänge interessieren.
Ich werde mal ein oder zwei auf meine nächste Platine setzen.
Wenn die dann fertig ist, kannst Du eine haben. Du hast sicher besseres
Mess-Equipment als ich. ;-)
> Eine möglichst große Kapazität, die durch Regen oder Wasser deutlich
verändert wird.
Aha. Dann sag das doch mal. Der Kondensator wir am Besten durch Tropfen
veraendert, wenn das E-Feld moeglichst in den Tropfen reinsieht. Also
nicht die 0.2mm Abstandausfuehrung und dann eine 5mm Scheibe davor. Bei
der 0.2mm Abstandausfuehrung, darf vielleicht eine 50um Folie vornedran.
Falls es doch eine 5mm Scheibe sein soll, dann sollte der Abstand und
die Breite der Bahnen auch in diesem Rahmen sein. zB 5mm Abstand & 2mm
Breite. Ich wuerd's aber vorher simulieren. Die Feldlinien eines
statischen E-Feldes.
Oh D. schrieb:> Aha. Dann sag das doch mal.
Das war kein Geheimnis:
Kondi schrieb:> Das wäre ja für einen Wasser- oder Regensensor ausreichend.Oh D. schrieb:> darf vielleicht eine 50um Folie vornedran.
Lack bzw. Plastik-Spray.
Naja. das FR4 hat eine Dielektrizitaetskonstante von vielleicht 4,
Wasser eine von 80. Das Wasser sollte aber im Nahfeld sein, und das
bedeutet Strukturbreite vergleichbar mit Abstand. Vielleicht reicht auch
1/2 ?
vergesst den Lack, denn ist er dicht ? Staub eingeklemmt ?. Allenfalls
die andere Seite der Leiterplatte.
Oh D. schrieb:> Allenfalls die andere Seite der Leiterplatte.
Keine üble Idee, aber...
Oh D. schrieb:> vergesst den Lack, denn ist er dicht ? Staub eingeklemmt ?
...diese (durchaus richtigen) Einwände würden durch weitgehende
Vermeidung von Staub + 2. oder gar 3. Lackschicht an Bedeutung
verlieren, oder völlig gegenstandslos werden.
Allerdings könnte ich nicht sagen, welcher Lack dafür (am)
geeignet(sten) wäre. Habe mit Lack nur wirklich Erfahrung bei Holz und
Metall.
Oh D. schrieb:> vergesst den Lack, denn ist er dicht ?
Das hängt vom Maßstab ab. Gar nichts ist wirklich wasserdicht. Selbst
Glas ist nicht wasserdicht.
Es kommt also darauf an, was man bezweckt.
Hier ginge es ja nur um Korrosionsschutz bei gelegentlicher Exposition
gegenüber Wasser.
Oder Vermeidung von Kurzschluss. Hm, wobei... ein kleiner Kurzer ist
auch ein Weg, die Kapazität deutlich zu verändern... ;-)
Plastik 70 tät's wahrscheinlich schon.
Wenn nicht, dann Epoxy.
Noch nicht Rentner schrieb:> Neee. Eben Epoxy ist nicht aeh, dicht. Epoxy hat eine hohe> Wasseraufnahmefaehigkeit. Ein wasserfester, dichter Lack waere zB> Polyurethan.
Ah ja... deshalb wird Epoxidharz auch zur Herstellung wasserdichter
Fußbodenbelage und im Bootsbau zur Osmosesanierung verwendet.
Natürlich nimmt Epoxid-Harz Wasser auf. Es hat ja Hydroxylgruppen, und
die sind nun einmal polar. Das ist die Urethangruppe aber auch.
Ein Epoxid-Harz hat daher einen Wasseraufnahmekoeffizient von 0,3 bis
0,6.
Polyurethan aber einen von > 1.
(Quelle: Vorlesungsskript Bauphysik der UG Kassel)
Hier ginge es aber gar nicht um die Aufnahme sondern um die
Permeabilität. Da müsste man dann schon die Diffusionskoeffizienten oder
den Wasserdampfdiffusionswiderstand miteinander vergleichen.
Widerstandszahl:
PU: 6000
Epoxid-Harz: 10000
(Quelle: Wikipedia)
Wenn Du mehr willst, müsstest Du schon etwas völlig unpolares mit
gleichzeitig hoher Gasdichte nehmen. Aber wie soll ich das dann auf
meine Leiterplatte vulkanisieren?
Kondi schrieb:> Marcus H. schrieb:>> Wenn Du das ganze aber mal aufbauen solltest, würde ich mich sehr für>> gemessene Frequenzgänge interessieren.>> Ich werde mal ein oder zwei auf meine nächste Platine setzen.> Wenn die dann fertig ist, kannst Du eine haben. Du hast sicher besseres> Mess-Equipment als ich. ;-)
Falls es noch jemanden interessiert:
Ich habe mal zwei Stück auf meinen letzten Nutzen gesetzt.
Maße: 15mm x 25mm, beidseitig.
Kapazität: 47pF
Wenn man die Platine zwischen den Fingern hält, geht die Kapazität auf
200pF bis 500pF.
Mit Wasser bedeckt: 500-600pF.
Ein Tropfen Wasser: >60pF.
Mangels Multimeter mit Kapazitätsmess-Funktion habe ich alles mit einem
kleinen Attiny "gemessen", der die Entladedauer des Kondensators zählt.
Kalibriert habe ich mit verschiedenen Kondensatoren im pF und nF Bereich
(22pF, 100pF usw.)
Frequenzgänge sind da natürlich nicht drin. Aber wenn's jemanden
interessiert... ich habe ja zwei Stück machen lassen...
Kondi schrieb:> Ich habe mal zwei Stück auf meinen letzten Nutzen gesetzt.> Maße: 15mm x 25mm, beidseitig.> Kapazität: 47pF
Wie groß ist denn der Abstand zwischen den Platten? (Sprich: die
Leiterplattendicke?)
PS:
Ich wundere mich gerade, weil ich durch Nachrechnen auf eine viel
kleinere Kapazität als 47pF komme.
C = er*e0*A/d
mit
er = 8,85e-12 As/Vm
e0 = 4 (oder welches Material hast Du?)
A = 15*25 mm² = 3,75e-4 m²
für d = 1,6mm kriege ich C=8.3pF.
Bei d = 0,5mm wäre es nach meiner Rechnung auch nur 27pF.
noch ein PS:
oder ist Deine Struktur eine ganz andere als ich vermute (2 parallele
Platten auf den gegenüberliegenden Seiten)?
M.A. S. schrieb:> oder ist Deine Struktur eine ganz andere als ich vermute (2 parallele> Platten auf den gegenüberliegenden Seiten)?
Die Leiterplattenstruktur ist wie im ersten Beitrag auf Bild 3,
Leiterbahnbreite 0,25mm, Abstand 0,25mm, doppelseitig auf FR4 1,5mm,
35µm Cu. Die ganze Platine sieht dann so aus wie hier angehängt. (Die
zweite Seite habe ich der Übersichtlichkeit wegen weggelassen).
Hier:
Beitrag "Re: Leiterplattenkondensator"
hatte jemand freundlicherweise zwei Seiten aus einem Buch spendiert.
Damit hatte ich im darauf folgenden Beitrag für 20x30mm ca. 60pF
ausgerechnet. Nun habe ich ca. 15x25mm. Es kommt also so ungefähr hin.
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