分布容量や容量結合について

質問

分布容量や容量結合について

分布容量とは何でしょうか？ また、分布容量は低周波では無視できるのでしょうか？

回答No.4

tance · ベストアンサー

No.2 tanceです。

どんな回路にも信号の反射という現象があります。これは電磁波が波動なので
必ず生じる現象です。ただ、普通は、反射などが起こる時間がすごく短いので
無視されたり、現象が収まってからの状態しか観測されないので、問題には
ならないのです。

例えば、プリント基板上に長さ10cmの線があって、A点から信号が出て、他端
（B点）に到達したとします。普通は「電気は速い」ので、信号が出てから
B点に届くまでは「一瞬」ということで話は済みます。

実際、A点を出発した信号は10cm進むのに約500psecかかります。そして、もし
信号が1GHzだったとすると、信号がB点に届くまでの時間は信号周期の1/2です。
信号がB点に届いたときにはA点の信号はもう元の状態ではありません。180度
位相が先へ行っています。

もし、信号がB点で反射して戻ってくると往復でちょうど１波分の時間なので
A点はひと波次の信号になっています。そして、反射の具合にも拠りますが
行きの信号と戻りの信号が重なって、信号を強めたり弱めたりします。
これは往復の時間と信号周波数によってどの場所で起こるかが決まります。

このように信号の変化と伝送時間が同じような状況では「信号の大きさが
場所によっても違う」という現象が起こります。定在波と言います。

もし、周波数が1kHzだったら、100kmの長さの基板で同様のことが起こるでしょう。
（実際は別の理由で起こりませんが）実際、1kHzを問題にしている人は
500psecの時間で起こる現象なんて気にしていません。信号だって500psecでは
ほとんど変化しません。

分布定数（分布容量）が何かというより、波長と回路サイズの関係を説明
しました。突然「反射」とか言われても理解しにくいかもしれませんが
波動なのでこのような事が起こると解釈してください。

回答No.3

fxq11011

詳細は他の回答があります。
簡単に言ってしまえば、どんな回路でも、すべての線と線の間には非常に小さいですがコンデンサーを接続しているのと同じ様な効果がある（分布容量）。
磁力による電磁結合は、トランスでおなじみ、線はつながっていないが磁力を介して、信号なり電力が伝わります、コンデンサは直流は通しませんが、交流やパルス等の変動は通します（容量結合）、分布容量があれば、線や部品ではつながっていなくても容量結合を考慮する必要がある場合もあります（具体例は他の回答）。

お礼

回路間には目に見えない容量成分が存在するということですね！

有難うございました！

回答No.2

tance

集中定数回路は電圧や電流や電力は時間の関数です。
分布定数回路は時間と位置の関数になります。
つまり、位置的な広がり（分布）が関係します。そして、その広がりとは
波長との大小関係で影響度がきまります。波長に比べて大きい回路は
位置により電圧などが異なる現象が見られます。

分布定数回路が高周波で主に問題にされるのは、我々が通常扱う回路の
サイズが高周波の波長程度だからです。

他の方の回答で送電線の話が出ましたが、外国から電力を買う話があったとき
送電距離が数千kmにもなるので、60Hzでも定在波が立ち、場所によって
電圧がほとんど出ない地域があったりするので、実現できなかったという
出来事がありました。

つまり、低周波でも巨大な回路では分布容量を意識しなくてはならない
ことになります。

補足

「波長に比べて大きい回路」やら「通常扱う回路のサイズが高周波の波長程度だから」とは
どおいうことでしょうか・・・？

波長に対する理解が不足しているためよくわかりません。。。

回答No.1

noname#137229

一寸した郊外に行くと、送電線が目に付きますね。
（説明がしやすいので送電線にしました）

太い電線が何本も張られていますね。
あの電線相互間は目には見えないですが、コンデンサーが形成されています。
それを分布容量と言っています。
勿論、電線と大地・・鉄塔との間にもあります。
何処にでもある・・とも言えます。

分かりやすく言うのなら、金属類が二つ離れておかれてあれば、それらの間には分布容量があると言う事ですね。

電線の太さや、電線間の距離、大地との距離・電線の長さ、などなどで容量が決まります。

＞＞分布容量は低周波では無視できるのでしょうか？

そうとは限りません。
送電線などは長距離になると、この影響が大となります。
漏れ電流となったり、電流が進み電流となったりします。
夜間などそれらの影響で電圧が高くなり・・絶縁破壊などが起きたりもします。
また長距離に限らず・・多数の電線があればそれらの容量がプラスされます。

これらの対策に多大のお金・技術・労力・時間が投入されています。

補足

「送電線などは長距離になると、この影響が大になる」とありますが、なぜでしょうか？

送電線内の静電容量が増大するからですか？