קיבוליות טפילית

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש

קיבוליות טפיליתאנגלית: Parasitic capacitance) או קיבוליות מקרית היא קיבוליות בלתי נמנעת ולרוב גם בלתי רצויה אשר קיימת בין האלמנטים השונים ברכיב אלקטרוני או מעגל חשמלי רק בגלל קרבתם אחד לשני. כאשר שני מוליכים חשמליים במתחים שונים קרובים זה לזה השדה החשמלי ביניהם גורם להצטברות מטענים חשמליים ביניהם; אפקט זה הוא הקיבוליות הטפילית. בפועל, לכל האלמנטים במעגל כגון סלילים, דיודות וטרנזיסטורים קיימים קיבולים פנימיים אשר יכולים לגרום להתנהגותם לסטות מזו של רכיב "אידיאלי" במעגל. בנוסף, הקיבול תמיד שונה מאפס בין כל שני מוליכים; דבר זה יכול להיות משמעותי בתדרים גבוהים יותר כאשר צפיפות המוליכים גבוהה, למשל בחוטים או במעגל מודפס.

הקיבוליות הטפילית בין הליפופים של סליל השראה או רכיב דומה מתוארת לעיתים קרובות כקיבוליות עצמית. עם זאת, קיבוליות עצמית של אובייקט מוליך היא תופעה בפני עצמה המתייחסת לקיבוליות של האובייקט ללא התייחסות לאובייקט אחר.

תיאור[עריכת קוד מקור | עריכה]

כאשר שני מוליכים בעלי פוטנציאלים שונים נמצאים בסמיכות אחד לשני הם מושפעים  מהשדות החשמליים השונים ביניהם ומאחסנים מטענים חשמליים הפוכים בסימן כמו בקבל. שינוי הפוטנציאל החשמלי v בין המוליכים דורש זרם פנימה או החוצה כדי לטעון או לפרוק את המטענים.

כאשר C מסמל את הקיבוליות בין המוליכים. לדוגמה, סליל השראה לעיתים מתנהג כמו שני קבלים במקביל וזאת עקב צפיפות הליפופים. כאשר קיים הפרש פוטנציאלים לאורך הסליל החוטים המלופפים הסמוכים מכילים פוטנציאלים שונים בכל ליפוף, חוטים אלה מתנהגים כלוחות בקבל לוחות ומאחסנים מטען. כל שינוי במתח לאורך הסליל דורש תוספת זרם כדי לפרוק או לטעון את ה'קבלים' הקטנים שנוצרו. כאשר המתח משתנה באיטיות, כמו במעגלי תדר נמוך, תוספת הזרם המתקבלת ניתנת להזנחה, אך כאשר המתח משתנה במהירות תוספת הזרם גדולה יותר ויכולה להשפיע על פעילות המעגל.

עבור סלילים בתדרים גבוהים בדרך כלל משתמשים בטכניקות ליפוף שונות כדי למזער את הקיבוליות הטפילית.

אפקטים[עריכת קוד מקור | עריכה]

בתדרים נמוכים, ניתן להזניח קיבוליות טפילית אך במעגלי תדר גבוה קיבוליות טפילית זו יכולה להוות בעיה רצינית. במעגלי מגבר עם תגובת תדר מורחבת, קיבוליות טפילית בין הפלט לקלט יכולה לשמש כענף משוב, הגורם למעגל תנודתיות (אוסצילציה) בתדירות גבוהה. תנודות לא רצויות אלה נקראות תנודות טפיליות (אוסצילציות פרזיטיות).

במגברים בעלי תדר גבוה, קיבוליות טפילית יכולה להיות משולבת עם השראות מקרית, רכיב שכזה מוביל ליצירת מעגל תהודה חשמלי שמוביל גם ליצירת תנודתיות טפילית. בכל הסלילים, הקיבוליות הטפילית תיצור תהודה עם ההשראות בתדירות גבוהה כלשהי כדי להפוך את הסליל לבעל תהודה עצמית; דבר זה נקרא תדר תהודה עצמית. מעל תדר זה, לסליל ההשראה יש למעשה יש היגב קיבולי.

הקיבוליות של מעגל העומס המחובר לפלט של מגבר שרת יכול להפחית את רוחב הפס. מעגלי תדר גבוה דורשים טכניקות עיצוב מיוחדות כגון הפרדה זהירה של חוטים ורכיבים, טבעות אבטוח, מישורים מוליכים, סיכוך בין הקלט לפלט ותאום בין קווי התמסורת כדי למזער את השפעות הקיבול הלא רצויות.

בכבלים שהוצבו בצפיפות אחד ליד השני ובאפיקי מחשב, קיבוליות טפילית צימודית עלולה לגרום ל-crosstalk, מה שאומר שאות ממעגל אחד חודר לאחר,דבר הגורם להפרעות וחוסר אמינות בהפעלה.

תוכנות מחשב העוסקות באוטומציה של תכנון אלקטרוני, אשר משתמשים בהן כדי לעצב מעגלים מודפסים מסחריים, יכולות לחשב את הקיבוליות הטפילית ועוד אפקטים טפיליים לפי עקבות הן של רכיבים והן של מעגלים ולכלול אותם בסימולציות של המעגל המבצעי. פעולה זו נקראת חליצה טפילית.

קיבוליות מילר[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקיבוליות הטפילית בין אלקטרודות הקלט לפלט במגבר מהפך למשל בין הבסיס לקולקטור בטרנזיסטור BJT בעייתית במיוחד מאחר שהיא מוכפלת בהגבר התקן. אפקט מילר (תועד לראשונה בשפופרות ריק על ידי ג ' ון מילטון מילר, 1920) הוא הגורם העיקרי המגביל את ביצועי התדרים הגבוהים של התקנים פעילים כגון שפופרות ריק וטרנזיסטורים. מעין סריג נוסף לטריודה בשנת 1920 כדי להפחית את הקיבוליות הטפילית בין אלקטרודת הבקרה לאנודה, מה שיצר את הטטריודה אשר העלה משמעותית את תדירות ההפעלה.[1]

האפקט של הקיבוליות הטפילית Z = C בין הקלט והפלט של מגבר

התרשים מדגים כיצד קיבוליות מילר קיבולת מתרחשת. נניח שהמגבר המוצג הוא מהפך אידיאלי עם הגבר מתח A ו- Z = C הוא הקיבול בין הקלט לפלט. מתח המוצא של המגבר הוא

הזרם לתוך הקלט הוא

אז הקיבול בכניסה למגבר הוא

קיבול הפלט מוכפל בהגבר המגבר. זהו קיבול מילר. אם למעגל הקלט יש אימפדנס  ביחס לאדמה של R, אז (בהנחה שאין קיטוב עם עוד מגבר) הפלט של המגבר יהיה

רוחב הפס של המגבר מוגבל על ידי התדר הגבוה ב:

אז רוחב הפס מופחת על ידי פקטור (1 + A), בערך הגבר המתח של ההתקן. הגבר המתח של טרנזיסטורים מודרניים  יכול לנוע בין 10 - 100, ואף גבוה יותר, אז זוהי הגבלה משמעותית.

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ Alley, Charles L.; Atwood, Kenneth W. (1973). Electronic Engineering, 3rd Ed.. New York: John Wiley & Sons.. עמ' 199. ISBN 0-471-02450-3.