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L,Cが周波数に依存する理由

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お礼率 22% (9/40)

理想として、キャパシタンスC,自己インダクタンスLは、周波数に関係無く一定であるはずですが、
実験では周波数により、値が変わってしまいました。

材料による抵抗等による位相のずれなどは理解できるのですが、周波数に関係することの知識がまったくありません。実際どんな材料が使われ、どんな構造で、そこから来るどんな原因で、周波数というものが影響を及ぼすのかをを教えて下さい。
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回答 (全4件)

  • 回答No.1
レベル7

ベストアンサー率 58% (7/12)

「実験で変わった」と言うことは、実際のコンデンサやコイルを使っているわけですね? それを前提に、一例を挙げてみます。 ○キャパシタンス コンデンサ本体から、リード線が接続されていると思います。 リード線は、言い換えればコイルですから、インダクタ成分を持ち、これが理想的キャパシタンスの特性からズレが生じる原因となる。 ○インダクタンス 例えば巻線コイルの場合、コイルの線間同士がキャパシタ ...続きを読む
「実験で変わった」と言うことは、実際のコンデンサやコイルを使っているわけですね?
それを前提に、一例を挙げてみます。

○キャパシタンス
コンデンサ本体から、リード線が接続されていると思います。
リード線は、言い換えればコイルですから、インダクタ成分を持ち、これが理想的キャパシタンスの特性からズレが生じる原因となる。

○インダクタンス
例えば巻線コイルの場合、コイルの線間同士がキャパシタンス成分を持つ。
これが理想的インダクタンスの特性からズレが生じる原因となる。
お礼コメント
hagoromo

お礼率 22% (9/40)

御解答ありがとうございました。感覚的にわかりやすく、助かりました。
投稿日時 - 0000-00-00 00:00:00


  • 回答No.2
レベル7

ベストアンサー率 58% (7/12)

補足です。 「部品材料学」といったような書籍で、部品の「等価回路」という部分を引いてみると、いろいろなケースが説明されていると思います。 ...続きを読む
補足です。

「部品材料学」といったような書籍で、部品の「等価回路」という部分を引いてみると、いろいろなケースが説明されていると思います。
お礼コメント
hagoromo

お礼率 22% (9/40)

早速探してみます。
投稿日時 - 0000-00-00 00:00:00
  • 回答No.3
レベル12

ベストアンサー率 37% (260/696)

tecchiさんの回答の補足です。 実験に使用したLやCが理想モデルではなかった事に起因していると思われます。 Cはリード線インダクタンス以外にも、電極自体がインダクタンス成分を持ち、GHz帯以上では有効キャパシタンスと言う概念(ある周波数における実効容量)を用いる必要があります。電極を巻込んだ形状(オイル型とかチューブラ型とかMPコンとか)では低い周波数(数MHz)でも効いてきます。 Lで ...続きを読む
tecchiさんの回答の補足です。

実験に使用したLやCが理想モデルではなかった事に起因していると思われます。
Cはリード線インダクタンス以外にも、電極自体がインダクタンス成分を持ち、GHz帯以上では有効キャパシタンスと言う概念(ある周波数における実効容量)を用いる必要があります。電極を巻込んだ形状(オイル型とかチューブラ型とかMPコンとか)では低い周波数(数MHz)でも効いてきます。

Lではtecchiさんの説明通り浮遊容量が支配していると思います。実験をする際に浮遊容量を実験で求め、その浮遊容量を加味した計算式で再度Lを求めれば正確なインダクタンスが求まると思います。 浮遊容量を求めるには、測定周波数を2倍にして、Cを1/2にした時の誤差から求まります。
なお、Lは巻いても一直線に伸ばしてもほとんどインダクタンスの変化はありません。 共振周波数が異なるのは浮遊容量の差です。
お礼コメント
hagoromo

お礼率 22% (9/40)

すみません。また質問になってしまいます。
周波数帯によって影響される、されないという違いはどのようにしておこるのでしょうか?
さらに、Lの巻き数によるインダクタンスの変化がほとんど無いという、理由と、”ほとんど”の程度、実際回路を作成する上で、どの程度の精密さを持つのか教えて下さい
投稿日時 - 0000-00-00 00:00:00
  • 回答No.4
レベル12

ベストアンサー率 37% (260/696)

> すみません。また質問になってしまいます。 > 周波数帯によって影響される、されないという違いはどのようにしておこるのでしょうか? > さらに、Lの巻き数によるインダクタンスの変化がほとんど無いという、理由と、”ほとんど”の程度、実際回路を作成する上で、どの程度の精密さを持つのか教えて下さい 浮遊容量や浮遊インダクタンスが無視できる周波数帯であれば無視できますよね。 X ...続きを読む
> すみません。また質問になってしまいます。
> 周波数帯によって影響される、されないという違いはどのようにしておこるのでしょうか?
> さらに、Lの巻き数によるインダクタンスの変化がほとんど無いという、理由と、”ほとんど”の程度、実際回路を作成する上で、どの程度の精密さを持つのか教えて下さい

浮遊容量や浮遊インダクタンスが無視できる周波数帯であれば無視できますよね。
XL=ωL,XC=1/ωC ですから、どちらかの成分が残りの成分に比べて非常に小さい場合(1/100?)は一般に無視できます。それぞれのベクトルを合成した際、理想(±π/2)からどれだけずれているかという様に考える事もできます。例えば、Cの場合は構造によって浮遊Lの値が変わります。箔巻型の物は比較的L成分が大きく、セラミック型や積層型は比較的小さいのが一般的です。

インダクタンスに関しては、直線に伸ばした時のLの値と巻いた時のLの値そのものには違いが出ません。通常の実験では変化を検出出来ない(他の誤差が大きいため)と考えて下さい。
工学的に扱うのであればLの値は変わらないと考えて良いと思います。(工学では1%程度の誤差は無視して設計、研究しています。)
もし、本件の詳細を研究したければ物理学を研究してください。
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