Condensador ultraestable en función de la temperatura

Question

Parece que la mejor estabilidad de temperatura que puedo conseguir con condensadores convencionales en el rango de 330pF son los cerámicos COG/NPO a 30ppm.

¿Existen mejores tecnologías o técnicas que pueda utilizar para compensar la deriva de los condensadores?

Answer 1

Andeen Hagerling fabrica patrones de capacitancia ultra estables hasta unos 100pF, número de pieza AH11A. Son estables hasta 0,001ppm/C, y también tienen una baja deriva (0,1ppm/año), un alto Q y una baja dependencia de la tensión. Sin embargo, probablemente sean demasiado caros para su aplicación. Logran este tipo de estabilidad con condensadores de sílice fundida en un horno de temperatura controlada.

Si quieres una medición de distancia de precisión más barata que un sistema láser, puedes considerar un sensor de capacitancia. Pero te va a resultar difícil superar el precio y las prestaciones del sistema láser.

Answer 2

La forma habitual de tratar este tipo de problemas es utilizar un método de medición diferencial para que la(s) capacitancia(s) se anule(n) en primer orden.

Como alternativa, a 30pF podrías hacer tu propio condensador dieléctrico de aire usando (digamos) Invar que sería relativamente estable, pero el coste sería alto (y podrías tener demasiada sensibilidad a la humedad a menos que lo sellaras con algo como argón seco dentro. 330pF es probablemente demasiado para hacer fácilmente, pero tal vez usted podría simplemente aumentar la frecuencia.

De todos modos, es bastante difícil obtener mediciones inductivas a una frecuencia relativamente baja porque la profundidad de la piel no es cero para un conductor convencional (tampoco es cero para un superconductor, pero está mucho más cerca).

Answer 3

Creo que estás tratando de lograr lo imposible. En general, en electrónica aceptamos que los valores de los componentes varían con la temperatura y diseñamos para ello. Tratar de minimizar la deriva con la temperatura es una buena idea, pero en algún momento se topará con un muro.

Para romper este muro y aumentar la precisión la solución que se me ocurre es compensar el error inducido por la temperatura para el valor medido. Así que también se mide la temperatura y, a continuación, utilizando una tabla con el error sobre la temperatura, se corrige el valor medido.

También puedes intentar compensar el coeficiente de temperatura con otro tipo de condensador que tenga un coeficiente de temperatura invertido en paralelo con tu condensador original. Sin embargo, dudo que existan y esto también podría ser poco predecible.

Answer 4

No sé cuál es tu rango de temperatura, pero en el rango de -40C a 85C ambiente tu deriva total sería... 330pF * 30ppm/C * 65C = 0.64pF.

0,64pF es bastante pequeño, es probable que tengas más error de capacitancia que eso debido a unos pocos centímetros de cableado o trazas de PCB. Además, el cambio en la capacitancia en los devanados de su bobina inductora en función de la temperatura probablemente sea mayor que eso. Los inductores pueden tener fácilmente varias decenas de pF de capacidad entre bobinas.

Así que, en general, para obtener la precisión que deseas, necesitas conocer algo más que la capacitancia de un componente frente a la temperatura, necesitas conocer todo el sistema (cables de PCB y todo) frente a la temperatura.

Yo usaría un condensador NP0 ordinario, y pondría un sensor de temperatura cerca de él en tu tarjeta de circuito, entonces en el momento de la fabricación puedes poner el dispositivo en una cámara de temperatura y medir la capacitancia total del sistema a varias temperaturas, invirtiendo tu cálculo de distancia, y almacenarlo en una tabla de búsqueda en tu dispositivo. Probablemente no necesites medir demasiados puntos de temperatura ya que probablemente puedas interpolar con una precisión razonable.

Entonces, cuando estés operando en tu entorno objetivo, podrás buscar la capacitancia correcta basada en tu sensor de temperatura.

Answer 5

Voy a publicar esto como respuesta, aunque sólo es una posibilidad. Usando FR4 de 4 capas de 1mm puedo conseguir 340pF creando mi propio condensador de disco de radio 18mm.

Todavía tengo que hacer cálculos de expansión térmica. Sospecho que no va a ser mejor que COG/NPO