Mengapa kapasitor kabel tidak?

Kapasitor pelat paralel terdiri dari dua konduktor paralel dengan muatan berlawanan. Dalam diagram di atas, kabel-kabelnya paralel dan konduktor, jadi apakah mereka bertindak sebagai pelat kapasitor?

Jika ya, jika Anda memiliki dua kabel tepat di samping satu sama lain, dan menghubungkan kapasitor ke ujung, apakah kapasitor masih mengisi daya sebanyak? Karena semuanya bertindak sebagai satu kapasitor besar, muatan tidak hanya berkumpul di kapasitor, itu akan menyebar ke seluruh kawat dan kapasitor, artinya akan ada lebih sedikit muatan dalam kapasitor.

Dan jika ini benar mengapa persamaan kapasitansi tidak memperhitungkan posisi kabel?

Dua kabel lakukan membuat kapasitor. Hanya yang sangat kecil. Untuk pelat paralel, kapasitansi dapat dihitung sebagai:

Dimana:

• $\varepsilon$adalah permitivitas dielektrik, yang sebagian besar udara untuk beberapa kabel, dengan$\varepsilon \approx 8.85 \cdot 10^{-12} \mathrm F/\mathrm m$.
• $A$ adalah area lempeng
• $d$ adalah jarak antara pelat

Untuk dua kabel biasa di sirkuit, $A$ sangat kecil, dan $d$sangat besar, dibandingkan dengan jarak di kapasitor khas Anda. Jadi, kapasitansi benar-benar kecil, dan kita dapat mengabaikannya dalam banyak kasus.

Adapun pertanyaan kedua Anda, Anda harus berhati-hati tentang kata-kata yang Anda gunakan. Apakah muatan berarti muatan listrik atau berapa banyak energi yang Anda simpan di kapasitor? Saya bukan satu-satunya orang yang frustrasi oleh perbendaharaan kata yang saling bertentangan seputar kapasitor . Saya akan melakukan yang terbaik untuk menjadi jelas.

Biaya ketidakseimbangan yang tersebar di sepanjang kawat, di satu sisi. Antara terminal baterai, atau antara dua titik di sepanjang kabel, atau antara pelat kapasitor, Anda akan mengukur perbedaan potensial yang sama dengan voltmeter Anda. Medan listrik tidak hanya ada di antara pelat kapasitor, tetapi di antara dua bagian seluruh rangkaian.

Di dalam kapasitor, medan listrik harus berubah dari potensi setengah menjadi potensi setengah lainnya dalam jarak yang sangat kecil, hanya pemisahan pelat ($d$dari atas: kecil untuk membuat kapasitansi tinggi). Dengan demikian, kekuatan medan, diukur dalam volt per meter, tertinggi di dalam kapasitor.

Sejauh mana muatan listrik berlangsung, pikirkan seperti ini: setengah dari sirkuit memiliki terlalu banyak elektron, dan separuh lainnya dari sirkuit tidak cukup. Ketika ada terlalu banyak elektron, mereka ingin pindah ke suatu tempat di mana ada lebih sedikit, karena muatan seperti mengusir. Jadi untuk separuh dengan terlalu banyak elektron, yang paling dekat mereka dapat mencapai tempat di mana ada lebih sedikit elektron di dalam kapasitor, karena paling dekat dengan bagian lain dari rangkaian.

Tidak semua elektron menumpuk di kapasitor, ingatlah, karena itu akan meninggalkan kabel dengan muatan positif. Alih-alih, elektron mendistribusikan ulang diri mereka sendiri sehingga perbedaan potensial (voltase) adalah sama di mana saja di separuh sirkuit. Sebagian besar elektron berlebih berakhir di kapasitor, justru karena di sinilah medan listrik paling kuat.

Anda juga dapat memikirkan hal ini untuk bagian yang berlawanan dengan mempertimbangkan tidak adanya elektron sebagai "lubang", semacam pembawa muatan positif.

Anda juga dapat berpikir tentang bagaimana muatan listrik mendistribusikan diri dengan cara ini: kami telah menetapkan bahwa kabel memiliki kapasitansi yang sangat rendah, tetapi tidak nol. Kapasitansi$C$ hanyalah cara lain untuk mengatakan berapa banyak biaya $Q$ dibutuhkan untuk membuat tegangan $V$ dalam suatu hal:

Kabel, memiliki kapasitansi rendah, tidak mengambil banyak ketidakseimbangan muatan listrik (elektron ekstra atau hilang) untuk membuat perubahan besar pada tegangan. Kapasitor, yang memiliki kapasitansi besar, membutuhkan ketidakseimbangan muatan yang jauh lebih besar untuk mengubah tegangan. Jadi, untuk membuat voltase sama di setiap setengah sirkuit, sebagian besar muatan yang tidak seimbang harus berakhir di kapasitor, bukan kabel.

Masalahnya lebih serius daripada yang Anda gambarkan, karena tidak hanya kapasitansi tetapi juga induktansi dan hambatan, yang mengubah semua desain Anda pada frekuensi resonansi mereka. Alat yang bagus untuk menghitung kapasitansi dari dua kawat paralel adalah QuickField dan Anda dapat mengunduh Student Edition secara gratis.

Dalam jejak PCB, beberapa nilai khas untuk kapasitansi dan induktansi adalah

Seperti yang Anda lihat ada masalah besar terutama pada frekuensi tinggi. Elemen parasit ini ada di mana-mana, dan para insinyur harus memperhitungkan sesuai dengan parameter utama aplikasi (frekuensi, tegangan dll). Anda dapat melihat di bawah elemen pasif utama rangkaian ekivalen non ideal yang memperkenalkan keterbatasan dalam menggunakannya.

Penghambat

Kapasitor

Induktor

Kabel dan saluran transmisi

Ukuran komponen yang lebih kecil biasanya menghasilkan parasit yang lebih kecil. Dengan komponen pasif SMD saat ini pada PCB memungkinkan desain yang aman beberapa GHz. Dalam kabel, menggunakan teknik jalur transmisi (coax, twisted pair, kabel ribbon, twin lead, microstip dan stripline ...)

Ya, setiap pasangan konduktor yang dipisahkan oleh dielektrik adalah kapasitor. Mengatur konduktor sebagai pelat paralel akan meningkatkan kapasitansi karena sebanding dengan luas permukaan. The halaman wikipedia menunjukkan bagaimana menghitung kapasitansi geometri yang berbeda (Anda dapat memverifikasi perhitungan di salah satu buku teks direferensikan). Termasuk pelat paralel dan dua kabel. Dalam rangkaian sederhana, kapasitansi parasit ini, seperti yang dikatakan Nick, tidak menjadi masalah. Namun, dalam sirkuit yang kompleks, seperti PCB multilayer dengan sirkuit analog dan digital, fenomena ini bisa menjadi masalah besar.

Insinyur EMC membuat pengujian hidup dan mengoptimalkan sirkuit untuk menghindari kapasitansi parasit dan induktansi bersama. Perlu diingat antena hanya kapasitor juga. Medan listrik yang berubah pada antena (kapasitor) menghasilkan gelombang radio (medan listrik). Jadi, setiap kabel juga merupakan antena. Selain itu, setiap loop kawat adalah induktor. Semua konsekuensi ini bisa menjadi masalah besar dalam desain sirkuit. Ada baiknya Anda memperhatikan masalah potensial.

Kabel adalah kapasitor. Setiap kali Anda memiliki perbedaan dalam potensi muatan jarak Anda akan memiliki medan listrik dan pada dasarnya kapasitor. Jika Anda memasukkan induktansi kabel dalam skema Anda, Anda akan menggambarkan apa yang disebut "saluran transmisi."

Prinsip-prinsip ini adalah mengapa kabel listrik AC memiliki jarak yang konsisten dan mencolok pada tegangan yang diberikan, serta mengapa kabel antena 300 ohm terdiri dari dua kabel paralel yang secara tepat berjarak satu sama lain. Pada dasarnya gumpalan biaya bepergian di sepanjang jaringan LC garis paralel ini buat.

Mereka bahkan tidak harus paralel: Sepotong kawat emas lurus berukuran nol memiliki sedikit perlawanan. Ini berarti bahwa ada sedikit perbedaan muatan end-to-end jika melewatkan arus dan juga bisa menjadi dielektriknya sendiri. Udara, ruang hampa udara, isolasi, dll di sekitarnya juga bertindak sebagai dielektrik. Karena ini bukan interaksi lempeng-lempeng tetapi sepanjang garis, bidang mengikuti pola oval membentang dari ujung ke ujung.

Inilah cara kerja antena monopole dan dipol. Kapasitansi sangat kecil tetapi dengan frekuensi yang semakin meningkat menjadi semakin relevan. Dengan ini dikombinasikan dengan induktansi sepanjang kawat, antena pada dasarnya menjadi sirkuit LC sendiri dan memiliki frekuensi resonansi. Pada frekuensi yang lebih tinggi resistansi yang tampak akibat induktansi bahkan membuat kawat itu sendiri tampak seperti dielektrik.

Q = CV atau

charge = kapasitansi x tegangan.

Muatan pada kapasitor nyata ditentukan oleh tegangan terminalnya. Apakah tegangan terminal turun sepasang kabel panjang menjadi kurang di ujung kapasitor biasa. Tidak itu tidak (mengingat bahwa akan ada sedikit waktu tunda untuk tegangan untuk mencapai akhir di mana kapasitor biasa berada).

Bagaimana dengan resistansi kabel? Jika kapasitor mengalami kebocoran (kebocoran dc) dan itu sangat buruk, resistansi seri kabel akan turun beberapa milivolt. Ini tentu saja berarti tegangan terminal pada kapasitor turun beberapa milivolt dan kemudian muatannya akan berkurang.

Karena semuanya bertindak sebagai satu kapasitor besar, muatan tidak hanya berkumpul di kapasitor, itu akan menyebar ke seluruh kawat dan kapasitor, yang berarti akan ada lebih sedikit muatan dalam kapasitor.

Tidak, akan ada lebih banyak muatan di kapasitor, muatan di kabel ditambahkan ke muatan di tutup. Tetapi karena kapasitas kawat pendek hanya beberapa pF, efeknya diabaikan dalam banyak kasus.

Ini adalah dielektrik antara kabel yang menciptakan kapasitansi. Ganti dielektrik dengan blok penghantar ohmik dan Anda memiliki apa yang disebut kawat. Pada dasarnya, setiap kawat memiliki beberapa kapasitansi dan setiap setiap kapasitor memiliki konduktansi tertentu, umumnya disebut sebagai kapasitor bocor, tetapi dalam kedua kasus tersebut, ketika berurusan dengan analisis yang disatukan, kami mengasumsikan kabel ideal (memiliki kapasitansi nol) dan kapasitor ideal (memiliki konduktansi nol)