Паразитная емкость - Википедия - Parasitic capacitance

Паразитная емкость, или же паразитная емкость неизбежное и обычно нежелательное емкость который существует между частями электронный компонент или же схема просто из-за их близости друг к другу. Когда два электрические проводники при разных напряжениях находятся близко друг к другу, электрическое поле между ними вызывает электрический заряд храниться на них; этот эффект - паразитная емкость. Все актуальные элементы схемы Такие как индукторы, диоды, и транзисторы имеют внутреннюю емкость, из-за чего их поведение может отличаться от поведения «идеальных» элементов схемы. Кроме того, между любыми двумя проводниками всегда имеется ненулевая емкость; это может быть значительным на более высоких частотах с близко расположенными проводниками, такими как провода или печатная плата следы. Паразитная емкость является серьезной проблемой в высокочастотных цепях и часто является фактором, ограничивающим рабочие характеристики. частота и пропускная способность электронных компонентов и схем.

Паразитная емкость между витками катушки индуктивности или другого компонента намотки часто описывается как собственная емкость. Однако в электромагнетизме термин собственная емкость правильнее относится к другому явлению; емкость проводящего объекта без привязки к другому объекту.

Описание

Когда два проводника на разных потенциалы близки друг к другу, на них влияют электрическое поле и хранить напротив электрические заряды как конденсатор. Изменение потенциала v между проводниками требуется ток я в проводники или из них для их зарядки или разрядки.

${ displaystyle i = C { frac {dv} {dt}} ,}$

куда C - емкость между проводниками. Например, индуктор часто действует так, как будто он включает параллельный конденсатор, из-за его близко расположенного обмотки. Когда потенциал Между катушкой существует разница, провода, расположенные рядом друг с другом, имеют разные потенциалы. Они действуют как пластины конденсатора и хранят обвинять. Любое изменение напряжения на катушке требует дополнительных Текущий для зарядки и разрядки этих небольших «конденсаторов». Когда напряжение изменяется медленно, как в низкочастотных цепях, дополнительный ток обычно незначителен, но когда напряжение изменяется быстро, дополнительный ток больше и может повлиять на работу цепи.

Катушки для высоких частот часто корзиночный для минимизации паразитной емкости.

Последствия

На низком частоты паразитной емкостью обычно можно пренебречь, но в высокочастотных цепях она может стать серьезной проблемой. В усилитель мощности В цепях с расширенной частотной характеристикой паразитная емкость между выходом и входом может действовать как Обратная связь путь, в результате чего схема колебаться на высокой частоте. Эти нежелательные колебания называются паразитные колебания.

В усилителях высокой частоты паразитная емкость может сочетаться с паразитная индуктивность например, компонент приводит к форме резонансные контуры, что также приводит к паразитным колебаниям. Во всех катушках индуктивности паразитная емкость будет резонировать с индуктивностью на некоторой высокой частоте, заставляя катушку индуктивности саморезонансный; это называется собственная резонансная частота. Выше этой частоты индуктор фактически имеет емкостное сопротивление.

Емкость цепи нагрузки, подключенной к выводу операционные усилители может уменьшить их пропускная способность. Высокочастотные цепи требуют специальных методов проектирования, таких как тщательное разделение проводов и компонентов, защитные кольца, наземные самолеты, самолеты питания, защита между вводом и выводом, прекращение линий и полосковые линии чтобы свести к минимуму влияние нежелательной емкости.

В близко расположенных кабелях и компьютерные автобусы, паразитная емкостная связь может вызвать перекрестные помехи, что означает, что сигнал из одной цепи перетекает в другую, вызывая помехи и ненадежную работу.

Автоматизация электронного проектирования компьютерные программы, которые используются для разработки коммерческих печатные платы, может рассчитывать паразитную емкость и другие паразитные эффекты как компонентов, так и дорожек печатной платы, и включать их в моделирование работы схемы. Это называется паразитарная добыча.

Емкость Миллера

Паразитная емкость между входным и выходным электродами инвертирующих усилительных устройств, например между базой и коллектором транзисторы, особенно проблематичен, потому что он умножается на прирост устройства. Этот Емкость Миллера (впервые отмечен в электронных лампах Джон Милтон Миллер, 1920) является основным фактором, ограничивающим высокочастотные характеристики активных устройств, таких как транзисторы и вакуумные трубки. В сетка экрана был добавлен в триод вакуумные лампы в 1920-х годах для уменьшения паразитной емкости между сетка управления и пластина, создавая тетрод, что привело к значительному увеличению рабочей частоты.^[1]

Влияние паразитной емкости Z = C между входом и выходом усилителя

На диаграмме справа показано, как возникает емкость Миллера. Предположим, что показанный усилитель является идеальным инвертирующим усилителем с коэффициентом усиления по напряжению А, и Z = C это емкость между его входом и выходом. Выходное напряжение усилителя

${ displaystyle v _ { text {o}} = - Av _ { text {i}} ,}$

Предполагая, что сам усилитель имеет высокий входное сопротивление поэтому его входной ток незначителен, ток на входной клемме

${ displaystyle i _ { text {i}} = C {d over dt} (v _ { text {i}} - v _ { text {o}}) ,}$

${ displaystyle i _ { text {i}} = C {d over dt} (v _ { text {i}} + Av _ { text {i}}) ,}$

${ displaystyle i _ { text {i}} = C (1 + A) {dv _ { text {i}} over dt} ,}$

Таким образом, емкость на входе усилителя равна

${ Displaystyle С _ { текст {M}} = С (1 + А) ,}$

Входная емкость умножается на коэффициент усиления усилителя. Это емкость Миллера. Если входная цепь имеет сопротивление относительно земли р_я, то (при условии отсутствия других полюсов усилителя) выход усилителя равен

${ displaystyle V _ { text {o}} = { frac {A} {1 + j omega R _ { text {i}} C _ { text {M}}}} V _ { text {i}} ,}$

В пропускная способность усилителя ограничивается спадом высоких частот на

${ displaystyle f = {1 over 2 pi R _ { text {i}} C _ { text {M}}} = {1 over 2 pi R _ { text {i}} C (1 + A )} ,}$

Таким образом, пропускная способность уменьшается в раз (1 + А), примерно равное усилению напряжения устройства. Коэффициент усиления по напряжению современных транзисторов может составлять 10 - 100 или даже больше, так что это существенное ограничение.

Смотрите также

• Паразитный элемент (электрические сети)
• Конденсатор развязки

Рекомендации