Über Streunenkapazität, Hast du den Begriff Kapazität gehört? Bevor wir in die Diskussion von Kapazität und Streunkapazität eintauchen, ist es wichtig, zu verstehen, was ein Kondensator ist.
Ein Kondensator ist ein wichtiger elektronischer Teil, der die Fähigkeit mehrerer elektrischer Felder voll nutzen, um über einen Isolator (Ng und Saran, 1996) zu erreichen. Kondensatoren (oft als Kondensatoren genannt) sind Energiespeicherkomponenten, die in Fernseher, Radios und anderen Arten elektronischer Geräte weit verbreitet sind.
Jetzt diskutieren wir Kapazität und streunende Kapazität im Detail zusammen mit ihren Auswirkungen auf PCB-Schaltungen.
1, was ist eine stray-Kapazität?
Kapazität ist die Eigenschaft eines Satzes von Leitern oder einem elektrischen Leiter, der genau durch die Menge der getrennten elektrischen Ladung (GEAGHAN, 2013) gemessen wird. Die Kapazität wird häufig pro Einheitspotential- oder -schwankungen im elektrischen Potential gespeichert.
Es ist erwähnenswert, dass die Kapazität auch die damit verbundene Speicherung von elektrischer Energie hindeutet.
Streufkapazität ist eine Art von Kapazität; Unerwünschte, überschüssige oder vorzugsweise unvermeidliche Kapazität, die in einer Vielzahl elektronischer Komponenten aufgrund ihrer parallelen Ausrichtung induziert wird, ist typischerweise als Streufkapazität bekannt.
Beachten Sie, dass die Streehmkapazität eine spezielle Art von Messfehler ist, die häufig als die Kapazität zwischen verschiedenen Verbindungen in einem Gerät oder / und einer Spitze der Pinzette definiert ist. Es gibt eine angemessene Menge an Streehmkapazität, die der Messung eines Kondensators hinzugefügt wird, wenn die Institution offen ist.
Wenn die Entschädigung vollständig umgesetzt wird, kann sie durch die in der Vorrichtung erzeugte Streehmkapazität genau kompensiert werden. Ingenieure wissen, dass ein Hochfrequenzsystem, das in RF arbeitet, und ein Mikrowellenspektrum in der Regel auf diesen Effekt trifft.
Es ist erwähnenswert, dass in Induktoren eine stray-Kapazität eine Reihe von Widerstand erzeugt, während in der PCB üblich ist, dass es üblich ist, dass die induzierte Kapazität ihren Arbeitspunkt ändert.
Alle Hauptkreislieferungselemente wie Dioden, Induktoren und Transistoren neigen dazu, eine interne Kapazität aufzunehmen, und es kann dazu führen, dass ihr Verhalten oder das Muster ein wenig von „idealen“ Schaltelementen abweicht. Es gibt auch die nicht-Null-Kapazität zwischen den jeweils zwei Leitern (McAllister, 1991).
Denken Sie daran, dass dies mit einer höheren Frequenz signifikant oder ausgeprägter sein kann, insbesondere wenn Leiter dicht beabstandet sind, wie z. B. Leiterplatten oder Drähte.
Bild 1: Streukapazität
In der PCB
Bei Hochspannungs- und Hochfrequenzsystemen benötigen Leiter keinen weiteren Leiter, um die Kapazität zwischen ihnen zu erzeugen. Es ist, weil es lediglich durch Interaktion mit der Umgebung induziert wird. Beachten Sie, dass in gedruckten Leiterplatten (PCB) dies oft zu viel unerwünschter oder unnötiger Kapazität führt, die die Leistung eines Systems beeinflussen können.
Electronic Design Automation computergestützte Programme, die zur Gestaltung der kommerziellen Leiterplatten verwendet werden, könnten die Streunkapazität und andere parasitäre Auswirkungen beider Leiterplatten-Spuren und Komponenten berechnen und neigen dazu, sie von unschätzbaren Simulationen des Schaltungsbetriebs aufzunehmen. Dies ist als parasitäre Extraktion bekannt (Kao, Lo, Singh, & Basel, 2001).
Es ist erwähnenswert, dass die stray-Kapazität in der Regel ignoriert werden kann; Nachdem er gesagt hat, dass es in vielen hochfrequenten elektrischen Stromkreisen ein riesiges Problem sein könnte.
In den meisten Verstärkerschaltungen mit verlängerten Frequenzantworten kann die Streehmkapazität zwischen dem Eingang und dem Ausgang als aktiver Rückkopplungspfad wirken, wodurch der elektrische Schaltung häufig bei einer höheren Frequenz schwingt. Denken Sie daran, dass diese unerwünschten und unvermeidbaren Schwingungen als parasitäre Schwingungen bekannt sind (Palmer & Joyce, 2003).
Mit der folgenden Abbildung können wir die Streehmkapazität für einen Leiter in einem beliebigen PCB-Substrat leicht berechnen. Beachten Sie, dass diese Kapazität theoretisch an einer Vielzahl von Stellen verwendet werden kann, die kleine diskrete Kondensatoren benötigen, jedoch in den meisten Fällen ein ineffizienter Weg.
Hochfrequenzsysteme können auch Kapazität zwischen den unteren und den oberen Schichten erzeugt werden; Nachdem dies aufgrund der Isolierung zwischen diesen Schichten in dem vernachlässigbaren Bereich von etwa drei PF pro cm2 liegt.
Jetzt werden wir die Auswirkungen der Streufkapazität diskutieren.
Auswirkungen
Es ist wichtig, sich daran zu erinnern, dass in einer Mehrheit der höherfrequenten Verstärker die Streehmkapazität leicht mit einer geringen Induktivität kombinieren kann, wie Komponentenleitungen, verschiedene Resonanzkreisläufe bilden, die auch zu einem Phänomen führen können, das auch zu einem Phänomen namens parasitäre Schwingungen führen kann.
In fast allen Induktivitäten kann die parasitäre Kapazität mit der Induktivität bei einiger Hochfrequenz, um einen Induktivitäts-Selbstresonanz aufzunehmen; Dies ist als Selbstresonanzungsfrequenz bekannt. Oberhalb dieser spezifischen Frequenz hat die Induktor kapazitive Reaktanz.
Designer von elektrischen Schaltungen versuchen ihr Bestes, um Streunkapazitäten, wenn möglich, streunende Kapazitäten zu minimieren oder zu beseitigen. Sie tun dies oft, indem sie sorgfältig alle Leads von elektronischen Teilen prägnant und gruppieren diese Teile auf eine Weise, die eine kapazitive Kupplung beseitigt. Die stray-Kapazität eines mit dem Ausgangssignals in OP-AMPs befestigten Lastschaltung kann ihre Bandbreite senken.
Eine Mehrheit der hochfrequenten elektrischen Schaltungen benötigt spezielle Designtechniken wie eine sorgfältige Trennung von Bauteilen und Drähten, Schutzringen, Leistungsebenen, Bodenebenen, Abschirmung zwischen Ausgang und Eingabe, Beendigung von Bandleitungen und Linien, um die Auswirkungen der unerwünschten Kapazität zu minimieren.
Wir haben in diesem Abschnitt viel Territorium abgedeckt. Im nächsten Abschnitt diskutieren wir die Unterschiede zwischen stray und parasitärer Kapazität. Obwohl diese Begriffe häufig austauschbar verwendet werden, gibt es einige kritische Unterschiede, die Sie kennen sollten.
Bild 2: Streukapazität
2, Unterschied zwischen stray und parasitärer Kapazität
Wenn zwei elektrische Leiter oder Teile in körperlicher Nähe sind, tragen Sie eine Ladung, und es gibt ein spezifisches Spannungspotential zwischen ihnen, sie werden wahrscheinlich einen virtuellen Kondensator unter ihnen erzeugen; Dies gilt auch dann, wenn alle Leiter ausreichend isoliert sind.
Beachten Sie, dass der virtuelle Kondensator zwischen diesen Leitern häufig als parasitäre Kapazität bezeichnet wird.
Die parasitäre Kapazität ist definiert als unvermeidliche, überschüssige und unerwünschte Kapazität zwischen 2 oder mehr elektrischen Leitern, die aufgrund der Nähe vorhanden sind und typischerweise ein nicht ideales elektrisches Schaltungsverhalten verursachen.
Streunekapazität, da es oft in Betracht gezogen wird, ist eine Art parasitäre Kapazität. Beachten Sie, dass es die Kapazität des Leiters in die spezifische Umgebung ist, die die Summe der elektrischen Leiter in der Umgebung ist und umgekehrt durch den genauen Abstand zu jedem der Umweltleiter gewichtet ist.
Parasitäre Kapazität Bei höheren Frequenzen ist es erwähnenswert, dass bei einer höheren Frequenz der Stromfluss in einem Schaltung oft durch parasitäre Kapazität beeinträchtigt wird. Es ist, weil Kondensatoren dazu neigen, viel bessere Leiter zu werden, wenn die Frequenzen zunehmen.
Beachten Sie, dass je höher die Frequenz in einer Schaltung ist, desto mehr ein Kondensator leitet wie ein Widerstand, der sich einem kurzen Kurs nähert.
Denken Sie auch daran, dass ein Kondensator mehr als einen Draht an einer unendlichen Frequenz wirkt. Infolgedessen können Sie sich vorstellen, dass die parasitäre Kapazität bei höheren Frequenzen ein echtes Problem sein kann, da seine Auswirkungen nicht viel auf niedrigere Frequenzen beeinflussen (Queiroz und Calôba, 1990). Die in höhere Frequenzen erfahrene parasitäre Kapazität kann versehentlich die Referenzebene einer beliebigen Leiterplatte an das Chassis verbinden.
Es ist auch erwähnenswert, dass die parasitäre Kapazität zwischen leitfähigen Körpern bilden würde, die eine Ladung tragen. Die parasitäre Kapazität kann sich zwischen einem metallischen Tisch oder einem Stuhl und einer Platine entwickeln, die darauf sitzt (dies ist weniger wahrscheinlich mit einem Tisch oder einem Stuhl, der aus einem isolierenden Material, wie Holz) ist. Deshalb bedeutet die Schaltungsdesign für höhere Frequenzen häufig, dass mehr Aufmerksamkeit in das Gesamtdesign, insbesondere in Bezug auf das PCB-Layout oder die spezifische Anordnung eines leitenden Körpers in Bezug auf einen anderen leitfähigen Körper, in das Gesamtdesign eingesetzt werden sollte.
Im nächsten Abschnitt werden wir die Trends der Streehmkapazität diskutieren und wie sie von drei Variablen betroffen sind.
3, Trends von ‚Streune-Kapazität
Drei Hauptfaktoren in der Kondensatorkonstruktion bestimmen die Anzahl der erstellten Streehmkapazitäten. Alle diese Faktoren beeinflussen die Abstreuungskapazität, indem sie die Menge an elektrischem Feldfluss beeinträchtigen, die sich für eine bestimmte Menge an elektrischer Feldkraft entwickeln würde (dies ist die Spannung zwischen zweier Platten) (Shen, 2005).
Plattenabstand.
Wenn Sie alle anderen Faktoren konstant halten, ergibt mehr Abstand zwischen den Platten weniger Streunkapazität; Andererseits kann ein näherer Plattenabstand mehr Streunkapazitäten erzeugen. Näherer Plattenabstand kann zu einer höheren Feldkraft führen, und für eine bestimmte Spannung, die an die beiden Platten angelegt wird, führt dies zu einem relativ hohen Feldfluss (auf beiden Skalen angesammelte Ladung).
Plattenbereich
Alle anderen Variablen konstant; Mehr Tellerbereich sorgt für mehr Streunkapazität, während weniger Plattenbereich weniger streunende Kapazität erzeugt.
Dielektrisches Material
Wenn Sie alle anderen Variablen konstant halten, erzeugt die höhere Permittivität eines dielektrischen Materials eine größere Streufkapazität, während weniger Permittivität eines dielektrischen Materials weniger Streunenkapazität erzeugt.
Relative Permittivität zeigt die Permittivität von Materialien an; Es liegt in der Nähe eines Vakuums (rein) (Rubin und HO, 2018). Zum Beispiel hat Glas mit einer relativen Permittivität von sieben siebenfachen der standardmäßigen Permittivität des Vakuums. Es wird somit zur Herstellung eines elektrischen Feldflusses führen, der im Vergleich zu einem reinen Vakuum sieben Mal stärker ist, wenn alle anderen Variablen gleich sind.
In diesem Kapitel haben wir die verschiedenen Trends in streunenden Kapazitäten und den Faktoren erörtert, die sich auf die Streufkapazität auswirken. Im nächsten Abschnitt berücksichtigen wir einige Möglichkeiten, um die streunende Kapazität zu verringern.
Bild 3: Streukapazität
4, wie man die streue Kapazität verringert
In vielen Anwendungen könnte die stray-Kapazität zwischen mehreren Signalleitungen das gesamte Design lindern oder beeinflussen. Es ist erwähnenswert, dass bei niedrigeren Frequenzen die Streehmkapazität oft ignoriert werden kann. Bei hohen Frequenzen könnte es jedoch das Hauptproblem in elektrischen Schaltungen sein. Wir können Streunkapazitäten auf der Layoutebene steuern.
Streukapazitäten ergeben sich häufig aufgrund einer elektrischen Kupplung, die zwischen einer Signalleitung und der anderen Signalleitung oder dem Substrat und einer Signalleitung erzeugt wird. Es ist erwähnenswert, dass es in vielen Konstruktionen wesentlich ist, eine strakende Kapazität eines bestimmten Netzes in Bezug auf andere Signale zu senken.
Dies sind einige der effektivsten Methoden zur Abnahme der Streufkapazität:
1. Das Erhöhen des Abstands zwischen den verschiedenen Netzen aus dem spezifischen Satz ist entscheidend (für welche Streachkapazität ist ziemlich wichtig).
2. Ich benutze höhere Metalle für diese Netze, in denen die Streachkapazität von entscheidender Bedeutung ist.
3. Überschüssiges paralleles Routing von Metallen vermeiden
4. Legen Sie ein anderes Referenzsignal zwischen verschiedenen Netzwerken ein, die eine geringe Streunkapazität erfordern (wobei die Streachkapazität nicht wesentlich ist). Es wird geschirmt genannt.
In diesem Kapitel werden vier Möglichkeiten diskutiert, wie Sie die Streunkapazität reduzieren können. Im nächsten Abschnitt diskutieren wir eine strawige Kapazität in Transformatoren.
Bild 4: Kapazitäten auf der Layoutebene
5, Streunkapazität im Transformator
Transformatoren sind notwendig und essentielle Schaltungselemente wie Induktoren und Widerstände (SMIL, 2017). Sie werden in fast allen elektronischen Systemen verwendet, die von der Wechselstromleistung arbeiten. Daher werden sie weit verbreitet.
Ideale Transformatoren passieren die Spannung von der Primär mit reiner magnetischer gegenseitiger Induktion (Han, Chau und Zhang, 2017). Als Primär ist völlig induktiv, die Übergangsspannungsstöße werden wahrscheinlich unterdrückt. Beachten Sie, dass hochfrequente Harmonische und Geräusche nicht ausreichend Energie aufweisen, um eine Spannung magnetisch zu induzieren. Ideale Transformatoren, mit anderen Worten, könnten als Tiefpassfilter angesehen werden.
Es ist erwähnenswert, dass zwei Leiter in der Nähe voneinander einen Kondensator bilden.
Nebenwirkungen der Transformatorkapazität
• Hochspannungsspitzen einer vorübergehenden Natur können von einem primären Transformator über eine kapazitive Kupplung von einem Primärtransformator übertragen werden.
Lösung
• Verwenden Sie einen Kupferabschirmung zwischen dem primären und dem Sekundärtransformator.
• Verwenden Sie einen zweiten zweiten Spulentransformator.
Bild 5: Nebenwirkungen der Transformatorkapazität
6, Schlussfolgerung.
Dies war eine Grundierung auf stray-Kapazität, die alle Informationen einkapselt. Wir hoffen, dass es Ihnen gefallen hat und das Beste daraus macht.
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