เค้าโครงการติดตาม PCB เพื่อลดการเหนี่ยวนำให้น้อยที่สุด

ฉันสงสัยว่าปรีชาคืออะไรที่อยู่เบื้องหลังการขยายร่องรอย PCB เพื่อลดการเหนี่ยวนำระหว่างการติดตามและระนาบกราวด์ คู่มือการออกแบบความเร็วสูงจำนวนมากอ้างถึงสิ่งนี้โดยไม่ต้องอธิบายอะไรมาก พื้นที่ลูประหว่างร่องรอยและระนาบกราวน์ไม่ควรเหมือนเดิมแม้ว่าจะมีร่องรอยกว้างขึ้นหรือไม่

เหตุใดการขยายการติดตามด้านบนจึงลดการเหนี่ยวนำลง ละเว้นข้อกำหนดใด ๆ สำหรับความสามารถในปัจจุบันของการติดตาม

เหตุใดการขยายการติดตามด้านบนจึงลดการเหนี่ยวนำลง

การเหนี่ยวนำรวมเป็นฟังก์ชันของการเหนี่ยวนำตนเองของร่องรอย (หนึ่งในนั้นคือระนาบในตัวอย่างของคุณ) และการเหนี่ยวนำร่วมระหว่างพวกเขา

เพื่อเป็นการลดการเหนี่ยวนำรวมเหนี่ยวนำร่วมกันควรจะขยาย นี่คือสาเหตุที่กระแสไหลในทิศทางตรงกันข้ามทำให้เกิดสนามแม่เหล็กตรงข้าม ตัวเหนี่ยวนำร่วมสามารถเพิ่มขึ้นได้โดยการลดระยะห่างระหว่างร่องรอย (ลดพื้นที่ลูป) และโดยการเพิ่มความกว้าง ฉันเชื่อว่าสิ่งนี้เกี่ยวข้องกับการที่สนามแม่เหล็กถูกกระจายไปรอบ ๆ ร่องรอย แต่สิ่งนี้เกิดขึ้นได้กับคำถามฟิสิกส์

มาดูวีแก้นที่เรียบง่ายกว่ากันเถอะ

ใช้ร่องรอยเดียวของคุณ มันมีอะไรบางอย่างเหนี่ยวนำx$x$

ตอนนี้เพิ่มการติดตามครั้งที่สองในแบบคู่ขนาน (เชื่อมต่อที่ปลายแต่ละด้าน) ที่มีความยาวและขนาดเท่ากันดังนั้นมันจึงมีการเหนี่ยวนำแบบเดียวกัน$x$

ตอนนี้คุณมีการเหนี่ยวนำรวม ; คือครึ่งหนึ่งของการเหนี่ยวนำ$\frac x 2$

ตอนนี้รวมร่องรอย; คุณยังคงมีความเหนี่ยวนำของ$\frac x 2$

นี่แสดงให้เห็นว่าการเพิ่มการติดตามที่กว้างขึ้นจะลดการเหนี่ยวนำของการติดตาม ดังที่ระบุไว้มันจะเพิ่มความจุ แต่นั่นไม่ใช่คำถาม

[Update]

เพื่อดูว่าทำไมการเหนี่ยวนำเกิดขึ้นจริงให้เราลองดูว่าวงจรใดที่จะต้องทำให้กระแสไหล:

^{จำลองวงจรนี้ - แผนผังที่สร้างโดยใช้CircuitLab}

สมมติว่าในวงจรแบบง่าย ๆ ของฉันที่เอาต์พุตของ Buf1 สูงขึ้น พลังงานในการขับเคลื่อนการติดตามนั้นมาจากแหล่งจ่ายไฟผ่านไดรเวอร์ไปยังการติดตามและลูปจะปิดเพื่อส่งกระแสกลับไปที่ค่าเดิมกลับไปที่ด้านลบของแหล่งจ่ายไฟ

นี่เป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับกระแสการไหลซึ่งเป็นเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับสนามแม่เหล็กที่จะมีอยู่รอบตัวนำ เนื่องจากจะต้องมีกระแสย้อนกลับจึงเกิดวงวนขึ้นแน่นอน

คุณอาจพบบทความนี้ให้ข้อมูล

วิธีหนึ่งที่จะคิดเกี่ยวกับคำถามนี้คือกระแสไฟฟ้าในร่องรอยบนสุดสร้างสนามแม่เหล็กรอบ ๆ กระแสในระนาบกราวน์ด้านล่างจะสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งจะมีแนวโน้มที่จะยกเลิกสนามจากรอยบนสุดเนื่องจากมีการไหลในทิศทางตรงกันข้าม หากทั้งสองกระแสเหมือนกัน (แต่มีทิศทางตรงกันข้าม) และมีที่ตั้งทางกายภาพที่เหมือนกัน (เป็นไปไม่ได้) ทั้งสองฟิลด์จะยกเลิกอย่างสมบูรณ์แบบและจะไม่มีการเหนี่ยวนำเป็นศูนย์ หากคุณย้ายสองกระแสออกจากกัน (ตามความหนาของ PCB ตัวอย่าง) บางส่วนของสนามจะถูกยกเลิก (เหนี่ยวนำร่วมกัน) แต่บางคนก็ไม่ได้ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำให้ตัวเหนี่ยวนำตัวเอง ทีนี้เมื่อกระแสไหลผ่านระนาบกราวน์มันจะผ่านแนวต้านที่น้อยที่สุดหรือแม่นยำกว่า เส้นทางของอิมพีแดนซ์น้อยที่สุดดังนั้นมันจะพยายามไหลใกล้เคียงกับร่องรอยด้านบนมากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้เนื่องจากมีความเหนี่ยวนำต่ำที่สุด (อิมพีแดนซ์ = ความต้านทาน + การเหนี่ยวนำแบบกว้าง) นั่นเป็นสาเหตุที่ทำให้การติดตามใกล้กับระนาบและการลดพื้นที่ลูประหว่างทั้งสองจะลดการเหนี่ยวนำ อย่างไรก็ตามและนี่คือคำตอบกระแสทั้งหมดในระนาบกราวด์ไม่สามารถไหลผ่านทองแดงชิ้นเดียวกันได้เนื่องจากสนามแม่เหล็กจากอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่หนึ่งจะผลักอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่อีกตัวออกไปเพื่อให้กระแสจะกระจายออกไปในระนาบกราวน์ . เมื่อกระแสไฟฟ้าจากรอยบนสุดสร้างสนามแม่เหล็กซึ่งโต้ตอบกับกระแสจากระนาบกราวน์สนามจากอิเล็กตรอนที่เคลื่อนที่หนึ่งตัวในระนาบกราวด์จะโต้ตอบกับสนามจากแรงผลักอีกอันหนึ่งแยกออกจากกัน การแพร่กระจายของกระแสในระนาบกราวด์นี้จะเพิ่มการเหนี่ยวนำด้วยตนเองดังนั้นโดยการเพิ่มความกว้างของรอยบนสุดทั้งสองกระแสจะสามารถสะท้อนซึ่งกันและกันอย่างใกล้ชิดซึ่งจะเป็นการเพิ่มการยกเลิกสนามและลดการเหนี่ยวนำตัวเอง หวังว่าคำอธิบายนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจถึงฟิสิกส์ที่เกี่ยวข้อง

ชิ้นส่วนตัวนำใด ๆ ในบริเวณใกล้เคียงของสนามแม่เหล็ก AC ในท้องถิ่นจากกระแสในลวด / ตัวนำที่แยกจะสร้างกระแสวนและยิ่งใหญ่ / กว้างส่วนที่ดำเนินการแยกเป็นกระแสไหลวนที่ใหญ่กว่า

สนามแม่เหล็กสามารถพับกลับไปที่ตัวนำที่สร้างขึ้นและสร้างกระแสวน กระแสน้ำวนเหล่านี้ทำหน้าที่เป็นจุดเลี้ยวสั้น ๆ ที่กระจายตัวเล็ก ๆ

ดังนั้นสำหรับแทร็กที่อ้วนขึ้นมีกระแสวนมากขึ้นและผลกระทบเชิงตัวเลขของสิ่งนี้คือการลดการเหนี่ยวนำโดยรวมของแทร็ค / ตัวนำ

ฉันกำลังให้ตัวอย่างง่ายๆ "ใช้งานง่าย" สองอย่างเพื่อตอบคำถามของคุณ

ตัวอย่างที่ 1
จากคำจำกัดความของการเหนี่ยวนำ L = -V / (di / dt) เราจะเห็นได้ว่า:
เมื่อกระแสเพิ่มขึ้น (di) การเหนี่ยวนำ (L) จะลดลง
นอกจากนี้เนื่องจาก I = V / R ฉันเพิ่มขึ้นเมื่อ R ลดลง
นอกจากนี้เนื่องจาก R = k / A R ลดลงเมื่อพื้นที่หน้าตัด (A) เพิ่มขึ้น
ดังนั้นในขณะที่มีพื้นที่หน้าตัด (A) การเพิ่มขึ้นของการเหนี่ยวนำ (L) ลดลง

ตัวอย่างที่ 2
สร้างรอยแยกที่เหมือนกันสองประการโดยมีพื้นที่หน้าตัด (A) = 1 ตารางมม. ให้บอกว่าแต่ละคนมีความเหนี่ยวนำ 1 mh เมื่อคุณเชื่อมต่อปลายก็จะเทียบเท่ากับสายไฟสองตัวเหนี่ยวนำในแบบคู่ขนาน ตัวเหนี่ยวนำรวมของตัวเหนี่ยวนำสองตัวในแบบคู่ขนานคือ L = (L1 x L2) / (L1 + L2) ตั้งแต่ L1 = L2, L = (L1 x L1) / (2L1) = L1 / 2 สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าเมื่อเราเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า(เพิ่ม) พื้นที่หน้าตัด (A = 2 ตารางมม.) เราตัด(ลดลง) เหนี่ยวนำลงครึ่งหนึ่ง