Diese Modelle sind 3D-gedruckte Kondensatoren! Wozu sind sie gut? Gute Frage. Es war nur ein Experiment, aber es könnte ein interessantes Projekt für einen MINT- oder einführenden Physikunterricht sein.
Lasst uns einen Blick auf das Design werfen. Sie werden mit zwei Filamenten und in 3 Schichten gedruckt. Die beiden äußeren Schichten sind Protopasta elektrisch leitfähiger Composite PLA - das sind die Kondensatorplatten. Die innere Schicht ist normaler PLA, der als Isolator zwischen den Platten fungiert.
Das ursprüngliche Design war eine 30x30 mm große Plattenfläche und wurde mit einer Schichtdicke von 0,08 mm und einer Füllung von 100% gedruckt. Das Design wurde zunächst geändert, indem der Protopasta-Filament im AMS ausgewählt wurde. Um den Isolator zu erstellen, verwendete ich die Paint-by-Height-Funktion in Bambu Studio. Ich versuchte zunächst, eine Schicht, die mittlere Schicht, zu lackieren, aber dies sorgte
Mithilfe von Online-Rechnern oder Ihrem Physikbuch werden Sie feststellen, dass 30x30 mm große Platten, die durch einen Isolator von 0,16 mm getrennt sind und eine relative Permittivität von 2,72 (die relative Permittivität von PLA) aufweisen, etwa 135 pF betragen sollten. Bei der Messung mit einem LCR-Meter erhielt ich 151 pF. Der Unterschied könnte darauf zurückzuführen sein, dass die Isolierschicht nicht
Der LCR-Meter liefert einige weitere interessante Daten: Der Kondensator hat einen Serienwiderstand von 2,56 Kohm. Das ist hoch für einen Kondensator, aber es ist aufgrund der Leitfähigkeit des leitfähigen Filaments. Es ist nicht leitfähig wie ein Draht, es hat einen erheblichen Widerstand.
Ich habe dann die X- und Y-Werte um 300% erhöht, um einen 90x90 mm großen Kondensator zu erhalten (die Anzahl der Schichten und die Schichtdicke blieben gleich). Dies ergab einen Kondensator mit 1120 pF (1,12 nF). Das funktioniert, da er eine Fläche hat, die neunmal so groß ist wie der 30x30 mm große Kondensator - also sollte es 151 pF mal = 1215 pF sein.
Ich habe dann einen auf einem 74HC14 (Schmitt-Trigger-Inverter) basierenden Oszillator gebaut (https://resources.pcb.cadence.com/blog/schmitt-trigger-oscillators-a-simple-square-wave-generator) unter Verwendung eines 100k-Widerstands für R und des 3D-gedruckten Kondensators für C. Der 30x30-Kondensator ergab eine Frequenz von 35,6 kHz und der 90x90-Kondensator ergab eine Frequenz von 12,4 kHz. Beachten Sie, dass dies sehr unterschiedlich ist, als es ein Online-Rechner zeigen würde. Der Hauptunterschied ist, dass der von mir verwendete 74HC14 eine hohe Hysterese-Sch
Ein Tipp: Wenn Sie diesen Schaltkreis erstellen, stellen Sie sicher, dass der Eingang der 5 unbenutzten Inverter geerdet ist, sonst werden Sie seltsame Effekte in der erzeugten Rechteckwelle bekommen.
Beachten Sie, dass der 90x90 ein leichtes Problem hatte, die Lücke zwischen der Lasche und dem Hauptkondensatorbereich zu überbrücken. Es funktioniert gut, und das Hinzufügen von Stützen könnte dazu führen, dass leitfähiges Filament verwendet wird und der Kondensator kurzgeschlossen wird.