Endüktansı En Aza İndirmek için PCB İz Düzeni

Bir iz ile zemin düzlemi arasındaki endüktansı en aza indirmek için PCB izlerini genişletmenin ardındaki sezginin ne olduğunu merak ediyordum. Birçok yüksek hızlı tasarım kılavuzu, çok fazla açıklama yapmadan bunu belirtmektedir. İz ile zemin düzlemi arasındaki döngü alanı, genişletilmiş izlere rağmen aynı kalmamalı mı?

Yukarıdaki izi genişletmek neden endüktansı en aza indirir? İzin mevcut kapasitesi için herhangi bir gereksinimi göz ardı etmek.

Yukarıdaki izi genişletmek neden endüktansı en aza indirir?

Toplam endüktans, izlerin kendi indüktanslarının (bunlardan biri örneğin bir düzlemdir) ve aralarındaki karşılıklı endüktansın bir fonksiyonudur.

Toplam endüktansı daha da en aza indirmek için, karşılıklı endüktans maksimize edilmelidir . Bu zıt yönlerde akan akımdan kaynaklanır ve zıt manyetik alanlara neden olur. Karşılıklı endüktans, izler arasındaki mesafeyi azaltarak (döngü alanını azaltarak) ve genişliği artırarak artırılabilir. Bunun manyetik alanın iz etrafında nasıl dağıldığıyla ilgili olduğuna inanıyorum, ancak bu bir fizik sorusuna geliyor.

Daha basit bir vew alalım.

$x$

$x$

$\frac x 2$

$\frac x 2$

Bu, bir izin genişletilmesinin izin endüktansını azaltacağını gösterir. Belirtildiği gibi, kapasitansı da artıracaktır, ancak bu soru değildir.

[Güncelleme]

Endüktansın neden gerçekten var olduğunu görmek için, herhangi bir akımın akması için devrenin ne olması gerektiğine daha yakından bakalım:

^{bu devreyi simüle et - CircuitLab kullanılarak oluşturulan şematik}

Basit devremde Buf1'in çıktısının yüksek olduğunu varsayın. İzi sürmek için kullanılan enerji, güç kaynağından, sürücüden ize kadar kaynaklanır ve döngü, aynı akımı güç kaynağının negatif tarafına geri döndürmek için kapatılır.

Bu, bir iletkenin etrafında manyetik bir alanın bulunması için gerekli koşul olan akımın akması için gerekli bir koşuldur; olarak bir geri dönüş akımı olmalıdır , bir döngü gerçekten oluşturulur.

Bu makaleyi bilgilendirici bulabilirsiniz .

Bu soruyu düşünmenin bir yolu, üst izdeki akımın etrafında manyetik bir alan oluşturmasıdır. Aşağıdaki zemin düzlemindeki akım, zıt yönde akarken alanı üst izden iptal etme eğiliminde olacak bir manyetik alan da üretecektir. İki akım aynı ise (ancak zıt yön) ve aynı fiziksel konuma (imkansız) sahipse, iki alan mükemmel bir şekilde iptal olur ve sıfır endüktans olur. İki akımı birbirinden ayırırsanız (örneğin PCB'nin kalınlığına göre), alanın bir kısmı iptal edilir (karşılıklı endüktans), ancak bazıları kendiliğinden endüktansa neden olan şey olmaz. Şimdi akım yer düzleminden aktığında, en az direnç veya daha doğru bir şekilde yol alacaktır, en düşük empedansın yolu, böylece en düşük öz endüktansa (empedans = direnç + geniş olarak endüktans) sahip olduğu için yukarıdaki ize mümkün olduğunca yakın akmaya çalışacaktır. Bu yüzden izi düzleme yaklaştırmak ve ikisi arasındaki döngü alanını azaltmak endüktansı azaltacaktır. Bununla birlikte, ve işte cevap, yer düzlemindeki tüm akım aynı bakır parçasından akamaz çünkü bir hareketli elektronun manyetik alanı diğer hareketli elektronları uzağa iter, böylece akım toprak düzlemi boyunca yayılır . Üst izdeki akım, zemin düzlemindeki akımla etkileşen bir manyetik alan üretirken, zemin düzlemindeki bir hareketli elektronun alanı, onları başka bir alandan ayırarak alanla etkileşir. Zemin düzleminde akımın bu şekilde yayılması kendi endüktansını arttırır, böylece üst izin genişliğini artırarak iki akım birbirini daha yakından yansıtabilir ve bu da alan iptali ve kendi endüktansını azaltır. Umarım bu açıklama size ilgili fizik hakkında bir fikir verir.

Yalıtılmış bir tel / iletken içindeki akımdan yerel bir AC manyetik alanın çevresindeki iletken parçalar, girdap akımları üretecek ve yalıtılmış iletken kısım, girdap akımlarının büyüdükçe / büyüyecektir.

Manyetik alanlar, onları oluşturan ve girdap akımları üreten iletkenlerin üzerine katlanabilir. Bu girdap akımları küçük dağıtılmış kısa dönüşler olarak hareket eder ve iz ne kadar büyük / genişse eddy akımı o kadar büyük olur.

Bu nedenle daha şişman hatlar için daha girdap akımları vardır ve bunun sayısal etkisi hat / iletkenin genel endüktansını azaltmaktır.

Sorunuzu cevaplamak için çok basit "sezgisel" örnekler veriyorum.

Örnek 1
Endüktans tanımından L = -V / (di / dt), şu görülebilir:
akım (di) arttıkça endüktans (L) azalır.
Ayrıca, I = V / R olduğu için, R azaldıkça I artar.
Ayrıca, R = k / A olduğundan, kesit alanı (A) arttıkça R azalır.
Bu nedenle, kesit alanı (A) arttıkça endüktans (L) azalır .

Örnek 2
Kesit alanı (A) = 1 m2 olan iki özdeş ayrı iz yapın. Diyelim ki her biri 1 mh endüktansa sahip. Uçları bağladığınızda, iki indüktörü paralel olarak kablolamaya eşdeğerdir . Paralel olarak iki indüktörün toplam endüktansı L = (L1 x L2) / (L1 + L2) 'dir. L1 = L2 olduğundan, L = (L1 x L1) / (2L1) = L1 / 2. Bu, kesit alanını (A = 2 metrekare ) iki katına çıkardığımızda (A = 2 m2 ), endüktansı yarıya indirdiğimizi (azalttığımızı) gösterir .