なぜワイヤーコンデンサではないのですか?


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平行板コンデンサは、反対の電荷を持つ2つの平行な導体で構成されます。上の図では、ワイヤは平行で導体なので、コンデンサプレートとして機能しますか?

もしそうなら、あなたが隣り合って2本のワイヤーを持っていて、コンデンサーを端に接続しているなら、コンデンサーはまだ同じくらい充電しますか?全体が1つの大きなコンデンサーとして機能するため、電荷はコンデンサーに集まるだけでなく、ワイヤー全体コンデンサーに広がるため、コンデンサーの電荷は少なくなります。

そして、これが本当なら、なぜ静電容量の方程式はワイヤーの位置を考慮しないのですか?

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なぜそうなのか、ワイヤにはそれらに関連する容量があります。これはしばしば寄生容量と呼ばれます(調べてください)。多くの場合、ワイヤの寄生容量は十分に小さいため、無視できます。その他の場合、寄生容量は無視できません。
Nick Alexeev

かなり近接したワイヤの静電容量は、20pF /フィート(30cm)になる場合があります。平行板キャップが静電容量よりもはるかに大きい場合は、配線の静電容量を無視できる場合があります。ツイストワイヤーで作られた自家製の調整可能なコンデンサは、しばしば「ギミックコンデンサ」と呼ばれます。
Spehro Pefhany 2014年

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電圧源を使用すると、コンデンサの電荷が少なくなることはありません。ワイヤーにもわずかな追加料金がかかります。
デイブツイード2014年

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ここでの知識は、PCB上のワイヤーはワイヤーではありません。それらはトレース(またはジャンパー)です。また、PCB(fr4など)とはんだマスキングの形で絶縁されています。
通行人2014

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ゴム製ケーブルを使用して機器の絶縁テスト(高電圧アースからライブ/ニュートラル)を実行してからプラグに触れると、(ケーブル内の)ワイヤーのペアが効率的なコンデンサーであることがすぐにわかります。
2014

回答:


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2本のワイヤーコンデンサーを作ります。非常に小さなものです。平行板の場合、静電容量は次のように計算できます。

C=εAd

どこ:

  • εある誘電率と、空気は、いくつかの配線の大部分であり、誘電体の。ε8.851012F/m
  • Aはプレートの面積です
  • dはプレート間の距離です

一般的なコンデンサの距離と比較すると、回路内の2つの通常のワイヤの場合、は非常に小さく、は非常に大きくなります。したがって、静電容量は本当に非常に小さく、ほとんどの場合無視できます。Ad

2つ目の質問については、使用する単語に注意する必要があります。充電平均電荷を使用すると、コンデンサに蓄積されてきたどのくらいのエネルギーや?コンデンサに関する矛盾する語彙に不満を感じているのは私だけではありません。明確にするために最善を尽くします。

電荷の不均衡、ある意味では、ワイヤーに沿って広がります。バッテリー端子間、またはワイヤーに沿った任意の2点間、またはコンデンサーのプレート間で、電圧計で同じ電位差を測定します。電界は、コンデンサのプレート間だけでなく、回路の2つの半分の間にも存在します。

コンデンサーの内部では、電界が半分の電位から他の半分の電位に非常に短い距離内で変化する必要があります。プレートの間隔だけです(上から:高い静電容量を作るのは小さい)。したがって、メートルあたりのボルトで測定される電界強度は、コンデンサ内部で最も高くなります。d

電荷が行くところについては、このように考えてください。回路の半分は電子が多すぎ、残りの半分は十分ではありません。電子が多すぎると、電荷が反発するため、電子の少ない場所に移動しようとします。したがって、電子が多すぎる半分については、回路内の他の半分に最も近いため、電子が少ない場所に最も近い場所に到達することができます。

コンデンサにすべての電子が蓄積するわけではありません。ワイヤーに正の電荷が残るためです。むしろ、電子はそれら自体を再分配するので、電位差(電圧)は回路のその半分のどこでも同じです。これが電界が最も強い場所だからこそ、過剰な電子のほとんどは最終的にコンデンサーに入ります。

また、電子の不在を一種の正の電荷担体である「ホール」と見なすことにより、反対の半分についてこれを考えることができます。

また、このように電荷がどのように分布するかを考えることもできます。ワイヤの静電容量は非常に小さいがゼロではないことをすでに確認しています。静電容量は、電圧を作るために必要な電荷量の別の言い方です。CQV

C=QV

静電容量が小さいワイヤーは、電圧を大きく変化させるのに電荷の不均衡(余分な電子または電子の欠落)をあまり受けません。容量が大きいコンデンサは、電圧を変化させるために電荷の不均衡がはるかに大きくなります。したがって、回路の各半分で電圧を等しくするには、不均衡な電荷のほとんどが結線ではなくコンデンサに到達する必要があります。


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容量だけでなくインダクタンスと抵抗も存在するため、共振周波数ですべての設計が変化するため、問題はあなたが説明するよりも深刻です。2つの平行線の静電容量を計算するための優れたツールはQuickFieldで、Student Editionを無料でダウンロードできます。

PCBトレースでは、静電容量とインダクタンスのいくつかの典型的な値は

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ご覧のとおり、特に高周波では大きな問題があります。この寄生要素は至る所にあり、エンジニアはアプリケーションの主要なパラメータ(周波数、電圧など)に従って考慮する必要があります。主な受動素子の非理想的な等価回路が次のように表示され、それらを使用すると制限が生じます。

抵抗器

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コンデンサー

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インダクター

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ワイヤーと送電線

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コンポーネントのサイズが小さいほど、通常は寄生成分が小さくなります。現在、PCB上のSMD受動コンポーネントにより、数GHzの安全な設計が可能になります。ワイヤーでは、伝送線路技術が使用しています(同軸、ツイストペア、リボンケーブル、ツインリード、マイクロチップ、ストリップライン…)


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はい、誘電体で分離された導体のペアはコンデンサです。導体を平行板として配置すると、表面積に比例するため、静電容量が増加します。ウィキペディアのページの異なる形状の静電容量を計算する方法を示します(参照教科書の一つで計算を確認することができます)。平行板と2本のワイヤーが含まれています。単純な回路では、ニックが言ったように、この寄生容量は問題ではありません。ただし、アナログ回路とデジタル回路を備えた多層PCBなどの複雑な回路では、この現象は大きな問題になる可能性があります。

EMCエンジニアは、寄生容量と相互インダクタンスを回避するために、生きたテストと最適化回路を作成します。アンテナもコンデンサにすぎないことに注意してください。アンテナ(コンデンサー)内の変化する電界は、電波(電界)波を生成します。したがって、どのワイヤもアンテナになります。さらに、ワイヤのループはインダクタです。これらの結果はすべて、回路設計で大きな問題になる可能性があります。潜在的な問題に気づいたのは良いことです。


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ワイヤーはコンデンサーです。ある距離にわたって帯電電位に差がある場合はいつでも、電界が発生し、実際にはコンデンサが発生します。回路図にワイヤのインダクタンスを含めた場合、「伝送ライン」と呼ばれるものを説明したことになります。

これらの原則は、AC電力線の間隔が特定の電圧で著しく一定していること、および300オームのアンテナリードが互いに正確に間隔を置いて配置された2本の平行なワイヤーで構成されている理由です。基本的に、電荷の塊は、これらの平行線が作成するLCネットワークに沿って移動します。

それらは平行である必要さえありません:ゼロゲージの金線の単一の真っ直ぐな部分は小さな抵抗を持っています。これは、電流を流すとエンドツーエンドでわずかな電荷の違いがあり、それ自体が誘電体になることもあるということです。周囲の空気、真空、断熱材なども誘電体として機能します。これはプレートとプレートの相互作用ではなく、線に沿っているため、フィールドは端から端まで伸びる楕円形のパターンに従います。

これは、モノポールアンテナとダイポールアンテナが機能する方法です。静電容量は小さいですが、周波数が高くなると、その関連性はますます大きくなります。これをワイヤに沿ったインダクタンスと組み合わせると、アンテナは基本的に独自のLC回路になり、共振周波数を持ちます。より高い周波数では、インダクタンスによる見かけの抵抗により、ワイヤ自体が誘電体のように見えます。


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Q = CVまたは

電荷=容量x電圧。

実際のコンデンサの充電は、端子電圧によって決まります。長いペアのワイヤにかかる端子電圧は、通常のコンデンサの両端で低くなります。いいえ、そうではありません(電圧が通常のコンデンサの終端に到達するまでに少しの時間遅延があることを前提とします)。

ワイヤーの抵抗はどうですか?コンデンサにリーク(DCリーク)があり、それが非常に悪い場合、ワイヤの直列抵抗は数ミリボルト低下します。もちろん、これは、コンデンサの端子電圧が数ミリボルト下がると、電荷が減少することを意味します。


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全体が1つの大きなコンデンサーとして機能するため、電荷はコンデンサーに集まるだけでなく、ワイヤー全体とコンデンサー全体に広がるため、コンデンサーの電荷は少なくなります。

いいえ、コンデンサにはより多くの電荷があります。ワイヤの電荷はキャップの電荷に追加されます。しかし、短いワイヤの容量は数pFしかないため、ほとんどの場合、影響は無視できます。


しかし、なぜそれが広がらないのでしょうか?たとえば、追加した図(手描きのもの)を参照してください。ワイヤーは本当に近いので、電荷はワイヤーのどのポイントでも同じ電界を感じるでしょう。では、なぜ彼らはコンデンサに集まるのでしょうか?そして、なぜ静電容量は重要ではないのですか?
dfg 2014年

@dfg:2つのオブジェクト間の静電容量はオブジェクトの面積に比例し、オブジェクト間の距離に反比例し、オブジェクト間の材料にも依存します。コンデンサーは、非常に密接に配置されたプレートを備えた大きなプレート面積を持ち、そのサイズに比べて大きな静電容量を提供します。ワイヤーの有効面積は比較的小さく、コンデンサープレートよりもはるかに離れているため、ワイヤー間の静電容量は通常、コンデンサーの静電容量よりもはるかに小さくなります。
Peter Bennett

1)配線が互いに隣接している場合(回路基板など)、距離はコンデンサーとほぼ同じです。2)私が見たコンデンサーは小さく、大きなワイヤーとほぼ同じサイズです。では、何がワイヤを通常のコンデンサと違うものにしているのでしょうか?
dfg 2014年

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コンデンサーのプレートは、PCBのワイヤーよりも非常に近く、実際には非常に接近しています。
2014年

@dfg:あなたが見た小さなコンデンサーは、プレート/絶縁体のいくつかの層を持ち、見かけよりもはるかに大きな有効面積を与えており、プレート間の絶縁体は非常に薄く、静電容量がさらに増加し​​ています。
Peter Bennett、

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静電容量を作成するのは、ワイヤー間の誘電体です。誘電体を抵抗性の導電性ブロックに交換すると、ワイヤーができます。基本的に、すべての配線にはある程度の静電容量があり、すべてのコンデンサには特定のコンダクタンスがあり、一般にリーキーコンデンサと呼ばれますが、どちらの場合も、集中解析を処理するときに、理想的な配線(静電容量がゼロ)と理想的なコンデンサ(導電率がゼロ)を想定します

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