ความจุปรสิต

ความจุของกาฝาก เป็น ความจุที่หลีกเลี่ยงไม่ได้และมักไม่ต้องการซึ่งมีอยู่ระหว่างชิ้นส่วนของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์หรือวงจรเพียงเพราะความใกล้ชิดกัน เมื่อตัวนำไฟฟ้า สองตัว ที่แรงดันไฟฟ้าต่างกันอยู่ใกล้กัน สนามไฟฟ้าระหว่างตัวนำทั้งสองจะทำให้ มี ประจุไฟฟ้าสะสมอยู่บนตัวนำ ไฟฟ้า ผลกระทบนี้คือความจุ

องค์ประกอบวงจรที่ใช้งานได้จริงทั้งหมดเช่นตัวเหนี่ยวนำไดโอดและทรานซิสเตอร์ มี ความจุภายใน ซึ่งอาจทำให้ลักษณะการทำงานแตกต่างจากองค์ประกอบของวงจรในอุดมคติ นอกจากนี้ยังมีค่าความจุระหว่างตัวนำสองตัวอยู่เสมอ สิ่งนี้สามารถมีความสำคัญกับตัวนำที่มีระยะห่างอย่างใกล้ชิด เช่น สายไฟหรือร่องรอยของแผงวงจรพิมพ์ ความจุของกาฝากระหว่างรอบของตัวเหนี่ยวนำหรือส่วนประกอบของแผลอื่น ๆ มักถูกอธิบายว่าเป็นความจุในตัวเอง อย่างไรก็ตาม ในทางแม่เหล็กไฟฟ้า คำว่าความจุในตัวเองหมายถึงปรากฏการณ์ที่แตกต่างกันอย่างถูกต้องมากกว่า นั่นคือความจุของวัตถุที่เป็นสื่อกระแสไฟฟ้าโดยไม่มีการอ้างอิงถึงวัตถุอื่น

ความจุของปรสิตเป็นปัญหาสำคัญในวงจรความถี่สูง และมักเป็นปัจจัยจำกัดความถี่ ในการทำงาน และแบนด์วิธของชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และวงจร

คำอธิบาย

เมื่อตัวนำสองตัวที่มีศักย์ไฟฟ้า ต่างกันอยู่ใกล้กัน พวกมันจะได้รับผลจาก สนามไฟฟ้าของกันและกันและเก็บประจุไฟฟ้า ตรงข้ามกันไว้ เช่นตัวเก็บประจุ การเปลี่ยนศักย์vระหว่างตัวนำต้องใช้กระแสiเข้าหรือออกจากตัวนำเพื่อชาร์จหรือคายประจุ

โดยที่Cคือความจุระหว่างตัวนำ ตัวอย่างเช่นตัวเหนี่ยวนำมักจะทำหน้าที่ราวกับว่ามันมีตัวเก็บประจุแบบขนานเนื่องจากมีขดลวดที่มีระยะห่างอย่างใกล้ชิด เมื่อ มีความต่าง ศักย์เกิดขึ้นทั่วทั้งขดลวด สายไฟที่อยู่ติดกันจะมีความต่างศักย์ต่างกัน พวกมันทำหน้าที่เหมือนแผ่นของตัวเก็บประจุและเก็บประจุ การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าในขดลวดต้องใช้กระแสไฟ เพิ่มเพื่อชาร์จและคายประจุ 'ตัวเก็บประจุ' ขนาดเล็กเหล่านี้ เมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างช้าๆ เช่นเดียวกับในวงจรความถี่ต่ำ กระแสไฟฟ้าส่วนเกินมักจะไม่มีนัยสำคัญ แต่เมื่อแรงดันไฟฟ้าเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว กระแสไฟฟ้าส่วนเกินจะมีขนาดใหญ่ขึ้นและอาจส่งผลต่อการทำงานของวงจร

คอยล์สำหรับความถี่สูงมักเป็นแบบตะกร้าเพื่อลดความจุของกาฝาก

ผลกระทบ

ที่ความถี่ ต่ำ ความจุของกาฝากมักจะถูกมองข้าม แต่ในวงจรความถี่สูงอาจเป็นปัญหาใหญ่ได้ ใน วงจร แอมพลิฟายเออร์ที่มีการตอบสนองความถี่แบบขยาย ความจุแบบกาฝากระหว่างเอาต์พุตและอินพุตสามารถทำหน้าที่เป็น เส้นทาง ป้อนกลับทำให้วงจรสั่นที่ความถี่สูง การสั่นที่ไม่ ต้องการ เหล่านี้เรียกว่าการสั่นแบบกาฝาก

ในแอมพลิฟายเออร์ความถี่สูง ความจุของปรสิตสามารถรวมกับตัวเหนี่ยวนำจรจัดเช่น ตัวนำส่วนประกอบเพื่อสร้างวงจรเรโซแนนซ์และยังนำไปสู่การสั่นของปรสิตอีกด้วย ในตัวเหนี่ยว นำทั้งหมด ความจุของกาฝากจะสะท้อนกับตัวเหนี่ยวนำที่ความถี่สูงเพื่อทำให้ตัวเหนี่ยวนำมีจังหวะในตัวเอง สิ่งนี้เรียกว่าความถี่สะท้อนในตัวเอง เหนือความถี่นี้ ตัวเหนี่ยวนำมีรีแอกแตนซ์แบบคาปาซิที

ความจุของวงจรโหลดที่ติดอยู่กับเอาต์พุตของออปแอมป์สามารถลดแบนด์วิธได้ วงจรความถี่สูงต้องใช้เทคนิคการออกแบบพิเศษ เช่น การแยกสายไฟและส่วนประกอบอย่างระมัดระวัง แหวนป้องกัน ระนาบกราวด์ ระนาบกำลัง การป้องกันระหว่างอินพุตและเอาต์พุตการสิ้นสุดของสาย และแถบเส้นเพื่อลดผลกระทบของความจุที่ไม่ต้องการ

ในสายเคเบิลและ บัสคอมพิวเตอร์ที่มีระยะห่างชิดกันการเชื่อมต่อแบบคาปาซิทีฟแบบกาฝากสามารถทำให้เกิดครอสทอล์คซึ่งหมายความว่าสัญญาณจากวงจรหนึ่งไหลไปยังอีกวงจรหนึ่ง ทำให้เกิดการรบกวนและการทำงานที่ไม่น่าเชื่อถือ

โปรแกรมคอมพิวเตอร์อัตโนมัติสำหรับการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งใช้ในการออกแบบ แผงวงจรพิมพ์เชิงพาณิชย์ สามารถคำนวณความจุของปรสิตและผลกระทบของปรสิตอื่นๆ ของทั้งส่วนประกอบและร่องรอยของแผงวงจร และรวมไว้ในแบบจำลองการทำงานของวงจร สิ่งนี้เรียกว่าการ สกัดปรสิต

ความจุของมิลเลอร์

ความจุกาฝากระหว่างอิเล็กโทรดอินพุตและเอาท์พุตของอุปกรณ์ขยายเสียงที่กลับด้าน เช่น ระหว่างฐานและตัวสะสมของทรานซิสเตอร์เป็นปัญหาอย่างยิ่งเนื่องจากถูกคูณด้วยอัตราขยายของอุปกรณ์ ความจุของมิลเลอร์นี้(บันทึกครั้งแรกในหลอดสุญญากาศโดยJohn Milton Miller , 1920) เป็นปัจจัยหลักที่จำกัดประสิทธิภาพความถี่สูงของอุปกรณ์ที่ใช้งานอยู่ เช่น ทรานซิสเตอร์และหลอดสุญญากาศ ตารางตะแกรงถูกเพิ่มเข้าไปใน หลอดสุญญากาศ ไตรโอดในปี ค.ศ. 1920 เพื่อลดความจุของกาฝากระหว่างตารางควบคุมและเพลตทำให้เกิดเทโทรดซึ่งส่งผลให้ความถี่ในการทำงานเพิ่มขึ้นอย่างมาก [1]

ผลกระทบของความจุกาฝากZ = Cระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียง

แผนภาพด้านขวาแสดงให้เห็นว่าความจุของมิลเลอร์เกิดขึ้นได้อย่างไร สมมติว่าแอมพลิฟายเออร์ที่แสดงเป็นแอมพลิฟายเออร์กลับหัวในอุดมคติที่มีเกนของแรงดันไฟฟ้าAและZ = Cเป็นความจุระหว่างอินพุตและเอาต์พุต แรงดันเอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงคือ

สมมติว่าแอมพลิฟายเออร์มีอิมพีแดนซ์อินพุต สูง ดังนั้นกระแสอินพุตจึงไม่สำคัญ กระแสที่เข้าสู่ขั้วต่ออินพุตคือ

ดังนั้นความจุที่อินพุตของเครื่องขยายเสียงคือ

ความจุอินพุตคูณด้วยอัตราขยายของเครื่องขยายเสียง นี่คือความจุของมิลเลอร์ หากวงจรอินพุตมีอิมพีแดนซ์ถึงกราวด์เท่ากับR iดังนั้น (หากไม่มีขั้วของเครื่องขยายเสียงอื่น) เอาต์พุตของเครื่องขยายเสียงจะเป็น

แบนด์วิธ ของแอมพลิฟายเออ ร์ถูกจำกัดโดยการลดความถี่สูงที่

ดังนั้นแบนด์วิดธ์จึงลดลงตามปัจจัย (1 + A ) โดยประมาณแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของอุปกรณ์ อัตราขยายแรงดันไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์สมัยใหม่สามารถเป็น 10 - 100 หรือสูงกว่าได้ ดังนั้นนี่จึงเป็นข้อจำกัดที่สำคัญ

ดูสิ่งนี้ด้วย

อ้างอิง

  1. ตรอก, ชาร์ลส์ แอล.; แอทวูด, เคนเนธ ดับเบิลยู. (1973). วิศวกรรมอิเล็กทรอนิกส์ 3rd Ed . นิวยอร์ก: จอห์น ไวลีย์ แอนด์ ซันส์ หน้า 199. ไอเอสบีเอ็น 0-471-02450-3.