Czy słyszałeś termin pojemność? Zanim zanurzymy się w dyskusji na temat pojemności i bezpańskiej pojemności, ważne jest, aby zrozumieć, czym jest kondensator.
Kondensator jest istotną częścią elektroniczną, która w pełni wykorzystuje zdolność wielu pól elektrycznych do dotarcia przez izolator (Ng i Saran, 1996). Kondensatory (często nazywane skraplaczami) to komponenty do magazynowania energii, które są szeroko stosowane w telewizorach, radiach i innych typach sprzętu elektronicznego.
Teraz omówimy pojemność i bezpańską pojemność w szczegółach wraz z jego konsekwencjami dla obwodów PCB.
1、Co to jest bezpańskie pojemności?
Pojemność jest własnością zestawu przewodów lub przewodu elektrycznego dokładnie mierzonego przez ilość oddzielonego ładunku elektrycznego (Geaghan, 2013). Pojemność jest często przechowywane na nim na jednostkę zmiany lub wahania potencjału elektrycznego.
Warto wspomnieć, że pojemność wskazuje również związane z magazynowaniem energii elektrycznej.
Bezpańskich pojemności jest rodzajem pojemności; niepożądane, nadmiar, lub najlepiej nieuniknione pojemności wywołane w różnych komponentów elektronicznych ze względu na ich równoległe wyrównanie jest zazwyczaj znany jako bezpańskich pojemności.
Należy zauważyć, że bezpańskich pojemności jest specjalny rodzaj błędu pomiaru, który jest często definiowany jako pojemność między różnymi połączeniami w urządzeniu lub / i końcówki pincety. Istnieje rozsądna ilość bezpańskiej pojemności dodane do pomiaru kondensatora, jeśli instytucja jest otwarta.
Mimo, że, jeśli rekompensata otwiera się w pełni realizowane, może być dokładnie zrekompensowane przez bezpańskich pojemności generowane w jig. Inżynierowie wiedzą, że system wysokiej częstotliwości, który działa w RF i widma mikrofalowego zwykle napotyka ten efekt.
Warto zauważyć, że w cewkach, bezpańskich pojemności generuje szereg rezystancji, podczas gdy w PCB, jest powszechne, aby zobaczyć, że indukowane pojemności zmienia swój punkt działania.
Wszystkie główne elementy obwodu, takie jak diody, cewki indukcyjne i tranzystory mają zwykle wewnętrzną pojemność, a to może spowodować, że ich zachowanie lub wzór nieco odbiegają od "idealnych" elementów obwodu. Ponadto istnieje niezerowa pojemność między dowolnymi dwoma przewodnikami (McAllister, 1991).
Należy pamiętać, że może to być znaczące lub bardziej wyraźne przy wyższej częstotliwości, zwłaszcza gdy przewody są ściśle rozmieszczone, takie jak płytka drukowana lub ślady przewodów.
Zdjęcie 1: Bezpańskich pojemności
W pcb
W systemach wysokiego napięcia i wysokiej częstotliwości przewody nie potrzebują innego przewodu do uzyskania pojemności między nimi. To dlatego, że jest indukowany tylko przez interakcję ze środowiskiem. Należy pamiętać, że w płytkach drukowanych (PCB) często powoduje to dużą ilość niechcianej lub niepotrzebnej pojemności, która może mieć wpływ na wydajność systemu.
Elektroniczne programy komputerowe automatyki projektowej, które są używane do projektowania większości komercyjnych płytek drukowanych, mogą obliczyć bezpańską pojemność i inne pasożytnicze oddziaływania zarówno śladów płytek drukowanych, jak i komponentów i mają tendencję do uwzględniania ich bezcennych symulacji działania obwodu. Jest to znane jako ekstrakcja pasożytnicza (Kao, Lo, Singh, & Basel, 2001).
Warto zauważyć, że bezpańskie pojemności mogą być zwykle ignorowane; Mimo to, w wielu obwodach elektrycznych o wysokiej częstotliwości może okazać się ogromnym problemem.
W większości obwodów wzmacniacza o rozszerzonej częstotliwości, bezpański pojemność między wejściem a wyjściem może działać jako aktywna ścieżka sprzężenia zwrotnego, co powoduje, że obwód elektryczny często oscyluje z większą częstotliwością. Należy pamiętać, że te niechciane i nieuniknione oscylacje są znane jako pasożytnicze oscylacje (Palmer & Joyce, 2003).
Korzystając z poniższego rysunku, możemy łatwo obliczyć bezpańską pojemność dla przewodu w dowolnym podłożu PCB. Należy pamiętać, że ta pojemność może być teoretycznie stosowana w różnych miejscach, które wymagają małych dyskretnych kondensatorów, ale w większości przypadków jest to nieefektywny sposób.
Ponadto systemy o wysokiej częstotliwości mogą generować pojemność między ich dolną i górną warstwą; Mimo to, ze względu na izolację między tymi warstwami, byłoby to w nieznacznym zakresie około trzech pF na cm2.
Teraz omówimy skutki bezpańskiej pojemności.
Efekty
Ważne jest, aby pamiętać, że w większości wzmacniaczy o wyższej częstotliwości, bezpańskich pojemności może łatwo łączyć się z niektórych bezpańskich indukcyjności, jak przewody składowe, tworząc różne obwody rezonansowe, co może również prowadzić do zjawiska zwanego pasożytnicze oscylacje.
W prawie wszystkich cewki, pasożytnicze pojemności może rezonować z indukcyjnością z niektórych wysokiej częstotliwości, aby samorezonatora indukcyjnego; jest to znane jako częstotliwość samodźwiczenia. Powyżej tej konkretnej częstotliwości, cewka ma reaktywność pojemnościową.
Projektanci obwodów elektrycznych starają się jak najlepiej, aby zminimalizować lub wyeliminować bezpańskie pojemności, jeśli to możliwe. Często robią to, starannie utrzymując wszystkie przewody części elektronicznych zwięzłe i grupując te części w sposób, który eliminuje sprzęganie pojemnościowe. Bezpańskich pojemności obwodu obciążenia mocno dołączone do wyjścia w op-amps może obniżyć ich przepustowość.
Większość obwodów elektrycznych o wysokiej częstotliwości wymaga specjalistycznych technik projektowych, takich jak staranne oddzielanie komponentów i przewodów, pierścienie ochronne, płaszczyzny mocy, płaszczyzny naziemnych, ekranowanie między wyjściem a wejściem, zakończenie linii taśmowych i linii w celu zminimalizowania wpływu niepożądanej pojemności.
Omówiliśmy wiele terytorium w tej sekcji. W następnej sekcji omówimy różnice między bezpańską i pasożytniczą pojemnością. Chociaż terminy te są często używane zamiennie, istnieją pewne krytyczne różnice, które należy znać.
Zdjęcie 2: Bezpańskich pojemności
2、Różnica między bezpańską a pasożytniczą pojemnością
Gdy dwa przewody elektryczne lub części znajdują się w fizycznej bliskości, przenoszą ładunek, a między nimi istnieje określony potencjał napięcia, prawdopodobnie wyprodukują między nimi wirtualny kondensator; jest to prawda, nawet jeśli wszystkie przewody są odpowiednio izolowane.
Należy zauważyć, że wirtualny kondensator między tymi przewodnikami jest często nazywany pasożytniczą pojemnością.
Pojemność pasożytnicza jest definiowana jako nieunikniona, nadmiar i niepożądana pojemność między 2 lub więcej przewodami elektrycznymi, które zwykle istnieją ze względu na bliskość i zazwyczaj powodują nieidealne zachowanie obwodu elektrycznego.
Bezpańskich pojemności, jak to jest często uważane, jest rodzajem pasożytnicze pojemności. Należy pamiętać, że jest to pojemność od przewodu do określonego otoczenia, które jest sumą przewodów elektrycznych w środowisku i jest odwrotnie ważone przez dokładną odległość do każdego z przewodników środowiskowych.
Pojemność pasożytnicza przy wyższych częstotliwościach Warto wspomnieć, że przy wyższej częstotliwości przepływ prądu w obwodzie jest często inspirowany pasożytniczą pojemnością. To dlatego, że kondensatory stają się znacznie lepsze przewody, gdy częstotliwości wzrastają.
Zauważ, że im wyższa częstotliwość w obwodzie, tym bardziej kondensator będzie zachowywał się jak rezystor, zbliżając się do krótkiego kursu. Należy również pamiętać, że kondensator działa bardziej jak drut z nieskończoną częstotliwością. W rezultacie, można sobie wyobrazić, że pasożytnicze pojemności może być prawdziwym problemem przy wyższych częstotliwościach, jak jego skutki nie wpływają na rzeczy dużo na niższych częstotliwościach (Queiroz i Calôba, 1990). Pasożytnicza pojemność doświadczana przy wyższych częstotliwościach może przypadkowo podłączyć płaszczyznę odniesienia dowolnej płytki drukowanej do obudowy.
Warto również wspomnieć, że pasożytnicza pojemność powstałaby między ciałami przewodzącymi, które przenoszą ładunek. Pasożytnicza pojemność może rozwinąć się między metalowym stołem lub krzesłem a pcb siedzącym na nim (jest to mniej prawdopodobne ze stołem lub krzesłem wykonanym z materiału izolacyjnego, takiego jak drewno). Dlatego konstrukcja obwodu dla wyższych częstotliwości często oznacza, że należy zwrócić większą uwagę na ogólny projekt, w szczególności w odniesieniu do układu PCB lub szczególnego umieszczenia organu przewodzącego w odniesieniu do innego organu przewodzącego.
W następnej sekcji omówimy trendy bezpańskiej pojemności i jak wpływają na nie trzy zmienne.
3、Trendy 'Bezpańskich pojemności
Trzy główne czynniki w konstrukcji kondensatora określają liczbę utworzonych bezpańskich pojemności. Wszystkie te czynniki wpływają na bezpańską pojemność poprzez wpływ na ilość strumienia pola elektrycznego, który rozwijałby się dla określonej ilości siły pola elektrycznego (jest to napięcie między dowolnymi dwoma płytami) (Shen, 2005).
Odstępy między płytami
Utrzymywanie wszystkich innych czynników na stałym poziomie, większy odstęp między płytkami daje mniej bezpańskiej pojemności; z drugiej strony, bliższe rozstawy płyt mogą powodować więcej bezpańskich pojemności. Bliższe rozstawy płyt może spowodować większą siłę pola, A dla każdego konkretnego napięcia stosowanego do dwóch płyt, powoduje to stosunkowo wysoki strumień pola (ładunek zgromadzonych w obu skalach).
Powierzchnia płyty
Wszystkie inne zmienne stałe; więcej powierzchni płyty zapewnia większą pojemność bezpańską, podczas gdy mniejsza powierzchnia płyty generuje mniej bezpańskich pojemności.
Materiał dielektryczny
Utrzymując wszystkie inne zmienne na stałym poziomie, wyższa dopuszczalność materiału dielektrycznego daje większą bezpańską pojemność, podczas gdy mniejsza dopuszczalność materiału dielektrycznego wytwarza mniej bezpańskiej pojemności.
Względna dopuszczalność wskazuje dopuszczalność materiałów; jest blisko próżni (czysta) (Rubin i Ho, 2018). Na przykład szkło o względnej dopuszczalności siedmiu ma siedem razy więcej niż standardowa dopuszczalność próżni. W związku z tym doprowadzi to do produkcji strumienia pola elektrycznego, który jest siedmiokrotnie silniejszy w porównaniu z czystym próżnią, gdy wszystkie inne zmienne są równe.
W tym rozdziale omówiliśmy różne trendy w bezpańskich pojemnościach i czynniki, które mają wpływ na bezpańską pojemność. W następnej sekcji rozważymy kilka sposobów na obniżenie bezpańskiej pojemności.
Zdjęcie 3: Bezpańskich pojemności
4、Jak zmniejszyć bezpańską pojemność
W wielu zastosowaniach bezpański pojemność między wieloma liniami sygnałowymi może wyczerpywać się lub wpływać na całą konstrukcję. Warto wspomnieć, że przy niższych częstotliwościach często można zignorować bezpański pojemność. Jednak przy wysokich częstotliwościach może to być główny problem w obwodach elektrycznych. Możemy kontrolować bezpańskie pojemności na poziomie układu.
Bezpańskie pojemności często powstają z powodu sprzężenia elektrycznego generowanego między linią sygnałową a drugą linią sygnałową lub podłożem i linią sygnałową. Warto wspomnieć, że w wielu projektach może stać się niezbędne obniżenie bezpańskiej pojemności konkretnej sieci w odniesieniu do innych sygnałów.
Oto kilka z najbardziej skutecznych metod zmniejszania bezpańskiej pojemności:
1. Zwiększenie odstępów między różnymi sieciami od konkretnego zestawu ma kluczowe znaczenie (dla których bezpańskie pojemności są dość ważne).
2. Używam wyższych metali dla tych sieci, gdzie bezpańskich pojemności jest niezbędna.
3. Unikanie nadmiernego równoległego wyznaczania tras metali
4. Umieść inny sygnał odniesienia między różnymi sieciami, które wymagają niskiej pojemności bezpańskich (gdzie bezpańskich pojemności nie jest istotne). Nazywa się to ekranowanie.
W tym rozdziale omówiono cztery sposoby zmniejszenia bezpańskiej pojemności. W następnej sekcji omówimy bezpańską pojemność w transformatorach.
Zdjęcie 4: pojemność na poziomie układu
5、Bezpański pojemność w transformatorze
Transformatory są niezbędne i niezbędne elementy obwodu, takie jak cewki indukcyjne i rezystory (Smil, 2017). Są one stosowane w prawie wszystkich systemach elektronicznych, które działają z mocy ac. Stąd, są one szeroko stosowane.
Idealne transformatory przenoszą napięcie do wtórnego z pierwotnego przy użyciu czystej magnetycznej wzajemnej indukcji (Han, Chau i Zhang, 2017). Ponieważ pierwotny jest całkowicie indukcyjny, wszelkie przejściowe przepięcia napięcia są prawdopodobnie tłumione. Należy również pamiętać, że harmoniczne i szumy o wysokiej częstotliwości nie mają wystarczającej ilości energii, aby wywołać napięcie magnetycznie. Idealne transformatory, innymi słowy, można uznać za filtry dolnych.
Warto wspomnieć, że dowolne dwa przewody znajdujące się w pobliżu siebie są zobowiązane do utworzenia kondensatora.
Niekorzystne skutki pojemności transformatora
• Skoki wysokiego napięcia o charakterze przejściowym mogą zostać przeniesione z transformatora pierwotnego do wtórnego za pomocą sprzęgła pojemnościowego.
rozwiązanie
• Użyj miedzianej osłony między transformatorem pierwotnym i wtórnym.
• Użyj wysokiej jakości transformatora szpulki.
Zdjęcie 5: Niekorzystne skutki pojemności transformatora
6、Wniosek
To był grunt na bezpańskich pojemności, hermetyzując wszystkie informacje. Mamy nadzieję, że ci się podobało i w pełni to wykorzystasz.
OurPCB jest twoim niezawodnym źródłem wszystkich rodzajów bezpłatnych informacji dotyczących producentów PŁYTEK DRUKOWANYCH. Niezależnie od tego, czy szukasz prototypowania PCB i potrzebujesz montażu PCB, mamy to, czego potrzebujesz. Jeśli szukasz rozwiązania, które spełnia Twoje potrzeby, możesz się z nami skontaktować. Nasz zespół inżynierów i ekspertów odpowie na wszystkie Twoje pytania najwcześniej. Nasza płytka drukowana wie, jak dbać o Twoje zainteresowania i potrzeby. Czy możesz wysłać do nas wiadomość e-mail na adres [email protected]?