Pourquoi les câbles ne sont-ils pas des condensateurs?

Un condensateur à plaques parallèles se compose de deux conducteurs parallèles avec des charges opposées. Dans le schéma ci-dessus, les fils sont parallèles et conducteurs alors agissent-ils comme des plaques de condensateur?

S'ils le font, si vous avez deux fils l'un à côté de l'autre et connectez un condensateur à l'extrémité, le condensateur se chargerait-il toujours autant? Étant donné que le tout agit comme un gros condensateur, la charge ne se rassemblerait pas seulement au condensateur, elle se répartirait sur tout le fil et le condensateur, ce qui signifie qu'il y aurait moins de charge dans le condensateur.

Et si cela est vrai, pourquoi l'équation de la capacité ne tient-elle pas compte de la position des fils?

Deux fils font faire un condensateur. Juste un tout petit. Pour les plaques parallèles, la capacité peut être calculée comme suit:

Où:

• $\varepsilon$ est la permittivité du diélectrique, qui est principalement de l'air pour certains fils, avec .$\varepsilon \approx 8.85 \cdot 10^{-12} \mathrm F/\mathrm m$
• $A$ est l'aire des plaques
• $d$ est la distance entre les plaques

Pour deux fils ordinaires dans un circuit, est très petit et est très grand, par rapport aux distances dans votre condensateur typique. Ainsi, la capacité est vraiment, vraiment petite, et nous pouvons la négliger dans la plupart des cas.$A$$d$

Quant à votre deuxième question, vous devez faire attention aux mots que vous utilisez. La charge signifie- t-elle une charge électrique ou combien d'énergie vous avez stockée dans le condensateur? Je ne suis pas la seule personne frustrée par le vocabulaire contradictoire autour des condensateurs . Je ferai de mon mieux pour être clair.

Le déséquilibre de charge n'étalé le long du fil, dans un sens. Entre les bornes de la batterie, ou entre deux points quelconques le long du fil, ou entre les plaques du condensateur, vous mesurerez la même différence de potentiel avec votre voltmètre. Le champ électrique existe non seulement entre les plaques du condensateur, mais entre les deux moitiés entières du circuit.

À l'intérieur du condensateur, le champ électrique doit passer du potentiel de la moitié au potentiel de l'autre moitié sur une très petite distance, juste la séparation des plaques ( d'en haut: c'est minuscule pour faire une forte capacité). Ainsi, l'intensité du champ, mesurée en volts par mètre, est la plus élevée à l'intérieur du condensateur.$d$

En ce qui concerne la charge électrique, pensez-y de cette façon: la moitié du circuit a trop d'électrons, et l'autre moitié du circuit n'en a pas assez. Quand il y a trop d'électrons, ils veulent se déplacer vers un endroit où il y en a moins, car des charges similaires se repoussent. Donc, pour la moitié avec trop d'électrons, le plus proche possible d'un endroit où il y a moins d'électrons est à l'intérieur du condensateur, car il est le plus proche de l'autre moitié du circuit.

Attention, tous les électrons ne s'accumulent pas dans le condensateur, car cela laisserait le fil avec une charge positive. Au contraire, les électrons se redistribuent de sorte que la différence de potentiel (tension) soit la même partout dans cette moitié du circuit. La plupart des électrons en excès finissent dans le condensateur, précisément parce que c'est là que le champ électrique est le plus fort.

Vous pouvez également y penser pour la moitié opposée en considérant l'absence d'électron comme un "trou", une sorte de porteur de charge positive.

Vous pouvez également penser à la façon dont les charges électriques se répartissent de cette façon: nous avons déjà établi que les fils ont une capacité très faible mais non nulle. La capacité n'est qu'une autre façon de dire combien de charge il faut pour créer une tension dans une chose:$C$$Q$$V$

Les fils, ayant une faible capacité, ne prennent pas beaucoup de déséquilibre de charge électrique (électrons supplémentaires ou manquants) pour effectuer un grand changement de tension. Le condensateur, ayant une grande capacité, prend beaucoup plus de déséquilibre de charge pour changer la tension. Ainsi, pour que les tensions soient égales sur chaque moitié du circuit, la majeure partie de la charge déséquilibrée doit se retrouver dans le condensateur, pas dans les fils.

Le problème est plus grave que vous ne le décrivez, car il n'y a pas qu'une capacité mais aussi une inductance et une résistance qui changent toute votre conception à leur fréquence de résonance. Le QuickField est un bon outil pour calculer la capacité de deux fils parallèles et vous pouvez télécharger gratuitement la Student Edition.

Dans les traces de PCB, certaines valeurs typiques de capacité et d'inductance sont

Comme vous pouvez le voir, il y a un gros problème, surtout dans les hautes fréquences. Ces éléments parasites sont partout, et les ingénieurs doivent prendre en compte en fonction des paramètres principaux de l'application (fréquence, tension, etc.). Vous pouvez voir ci-dessous les principaux éléments passifs du circuit équivalent non idéal qui introduisent des limites à leur utilisation.

Résistance

Condensateur

Inducteur

Fils et lignes de transmission

De plus petites tailles de composants entraînent généralement de plus petits parasites. Aujourd'hui, les composants passifs CMS sur PCB permettent une conception sûre à plusieurs GHz. Dans les fils, les techniques de lignes de transmission utilisent (coaxial, paire torsadée, câbles plats, double fil, microstip et stripline…)

Oui, toute paire de conducteurs séparés par un diélectrique est un condensateur. La disposition des conducteurs en plaques parallèles augmentera la capacité car elle est proportionnelle à la surface. La page wikipedia montre comment calculer la capacité de différentes géométries (vous pouvez vérifier les calculs dans l'un des manuels référencés). Inclus sont des plaques parallèles et deux fils. Dans les circuits simples, cette capacité parasite, comme l'a dit Nick, n'est pas un problème. Cependant, dans un circuit complexe, tel qu'un PCB multicouche avec des circuits analogiques et numériques, ce phénomène peut être un gros problème.

Les ingénieurs CEM vivent les tests et optimisent les circuits pour éviter la capacité parasite et l'inductance mutuelle. Gardez à l'esprit que les antennes ne sont que des condensateurs. L'évolution du champ électrique dans l'antenne (condensateur) génère des ondes radio (champ électrique). Ainsi, tout fil est également une antenne. De plus, toute boucle de fil est une inductance. Toutes ces conséquences peuvent être un gros problème dans la conception des circuits. C'est bien que vous ayez remarqué les problèmes potentiels.

Les fils sont des condensateurs. Chaque fois que vous avez une différence de potentiel de charge sur une distance, vous aurez un champ électrique et en fait un condensateur. Si vous aviez inclus l'inductance des fils dans votre schéma, vous auriez décrit ce qu'on appelle une «ligne de transmission».

Ces principes expliquent pourquoi les lignes électriques CA ont un espacement bien visible à une tension donnée, et pourquoi les fils d'antenne de 300 ohms sont constitués de ces deux fils parallèles précisément espacés l'un de l'autre. Fondamentalement, des globes de charge voyagent le long du réseau LC que ces lignes parallèles créent.

Ils n'ont même pas besoin d'être parallèles: un seul morceau droit de fil d'or de calibre zéro a une toute petite résistance. Cela signifie qu'il y a une légère différence de charge de bout en bout si le courant passe et qu'il peut également être son propre diélectrique. L'air, le vide, l'isolation, etc. qui l'entoure agissent également comme un diélectrique. Parce que ce n'est pas une interaction plaque-plaque mais le long d'une ligne, le champ suit un motif ovale étiré de bout en bout.

C'est ainsi que fonctionnent les antennes monopôles et dipôles. La capacité est minuscule mais avec une fréquence croissante, elle devient de plus en plus pertinente. Avec cela combiné à l'inductance le long du fil, l'antenne devient essentiellement son propre circuit LC et a une fréquence de résonance. À des fréquences plus élevées, la résistance apparente due à l'inductance fait même que le fil lui-même ressemble à un diélectrique.

Q = CV ou

charge = capacité x tension.

La charge au condensateur réel est dictée par sa tension aux bornes. La tension aux bornes d'une longue paire de fils serait-elle inférieure à la fin d'un condensateur normal. Non, ce ne serait pas le cas (étant donné qu'il y aura un petit délai pour que la tension atteigne la fin où se trouve le condensateur normal).

Qu'en est-il de la résistance des fils? Si le condensateur avait une fuite (fuite en courant continu) et qu'elle était assez mauvaise, la résistance en série des fils chuterait de quelques millivolts. Cela signifie bien sûr que la tension aux bornes du condensateur a baissé de quelques millivolts et que la charge serait alors réduite.

Étant donné que le tout agit comme un gros condensateur, la charge ne se rassemblerait pas seulement au condensateur, elle se répartirait sur tout le fil et le condensateur, ce qui signifie qu'il y aurait moins de charge dans le condensateur.

Non, il y aurait plus de charge dans le condensateur, la charge dans les fils est ajoutée à la charge dans le capuchon. Mais comme la capacité d'un fil court n'est que de quelques pF, l'effet est négligeable dans la plupart des cas.

C'est le diélectrique entre les fils qui crée la capacité. Remplacez le diélectrique par un bloc conducteur ohmique et vous avez ce qui est un fil. Fondamentalement, chaque fil a une certaine capacité et chaque chaque condensateur a une certaine conductance, généralement appelés condensateurs qui fuient, mais dans les deux cas, tout en traitant l'analyse groupée, nous supposons que les fils idéaux (ayant une capacité nulle) et les condensateurs idéaux (ayant une conductance nulle)