添付の図のように銅箔のリボンでソレノイドコイルを巻いた場合に、コイルの浮遊容量(寄生容量とも言うのでしょうか)は、長さ(L)、直径(d)、らせんのピッチ(p)、リボンの幅(w)、巻き数などによってどのように変化するのでしょうか?

浮遊容量は配線の2つの部分がペアになって極板のようになって生じるのだと思うのですが、このような形のコイルの場合、どことどこの部分がペアになって浮遊容量が生じているのでしょうか? もちろん、無数にペアが考えられると思いますが。。 たとえば、隣接するピッチの間で浮遊容量が発生しているのでしょうか? ひと巻きの中でも、円の中心をはさんで対向する部分の間で浮遊容量が発生しているのでしょうか?
(うまく質問が表現できていなかったらすみません。。)

また、インダクタンスは、長さ(L)、直径(d)、らせんのピッチ(p)、リボンの幅(w)、巻き数などによってどのように変化するのでしょうか?

「コイルの浮遊容量とインダクタンス」の質問画像

A 回答 (3件)

定量的なハナシになると、はなはだ怪しくなりますので、


これなら、"Self Capacitance" も勘定してくれるみたいです。
  ↓
http://deepfriedneon.com/tesla_f_calchelix.html

…ということで、お茶濁し。
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この回答へのお礼

回答をありがとうございます!!

便利なサイトがあるものですね。
とても参考になります。

いろいろ考えて頂き感謝していますm(_ _)m

お礼日時:2009/05/17 20:47

>例えば、d=5cm、L=10cm、p=2cmとすると、wが1.8cmと1.0cmの場合では、浮遊容量はどちらが大きいのでしょうか? インダクタンスはどちらが大きいのでしょうか?



難問ですね…。

・定量的に知るには、コンピュータ・ソフトを使わないとわからないと思います。

・定性的な感じは、
 浮遊容量が大きいのは、おそらく「wが1.8cm」のほう。
 線間距離のせまいほうが、線間容量が大きくなるだろう。
 インダクタンスが大きいのも、おそらくおそらく「wが1.8cm」のほう。
 線間距離のせまいほうが、磁束の交叉(interlink)が大きくなるだろう。
…単なる勘、ですけど。
 

この回答への補足

ご意見をありがとうございます!

> ・定性的な感じは、…
そう言われると、そんな気はします。。

> ・定量的に知るには、コンピュータ・ソフトを使わないとわからないと思います。
もし良いソフトがあれば、教えて下さい。
それとも、プログラムを自作するのでしょうか。

それと、追加で質問があります。

(1) L、w、p、巻き数が一定とすると、dが大きくなると(例えば2cmから5cmへ)、インダクタンスは大きくなると思うのですが、浮遊容量はどうなるのでしょうか?

(2) d、w、pが一定として、Lと巻き数を増やすと、インダクタンスと浮遊容量の両方が増えると思うのですが、あっているでしょうか? そして、両者の増加量はLまたは巻き数に比例するのでしょうか?

(3) d、w、Lが一定として、pを減らして巻き数を多くすると、インダクタンスと浮遊容量の両方が増えると思うのですが、そうでしょうか? そして、インダクタンスの増加量は巻き数に比例するのでしょうか? 浮遊容量はpに反比例、巻き数に比例するような気がするのですがどうでしょうか?

補足日時:2009/05/16 02:49
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浮遊容量、容量ですからピッチが狭いほど大きくなります。


図からすると線間の容量が最も大きいですが、巻き数分が直列になっていると考えられます。
W=10cmでd=0.1mmなどのコイルであれば対向間での容量が大きくなりますよね。

巻き数とインダクタンスのおよその関係は以下で計算できます。
http://homepage2.nifty.com/kaoru~i/coil.htm

この回答への補足

ありがとうございます。

例えば、d=5cm、L=10cm、p=2cmとすると、wが1.8cmと1.0cmの場合では、浮遊容量はどちらが大きいのでしょうか? インダクタンスはどちらが大きいのでしょうか?

補足日時:2009/05/14 17:18
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違いはここです。
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鉄心はコイルに流れる電流により発生した磁力線を集めるように働きます。
そのため磁力線の密度が増し、磁力が強くなるわけです。

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ストレー容量を補正する為には被測定容量を接続した際に変化する共振周波数の変化を測定し算術計算で容量を求めます。その際、あらかじめ被測定容量に近い容量をあらかじめ接続しておくことをお勧めします。理由は感度曲線がシビアになる為です。

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Q共振周波数とは・・・

 タイトルのままですが、共振周波数ってどういう意味なのでしょうか?共鳴周波数とか固有周波数というのと同じ使われ方がしているようですが、いまいち意味が分かりません。
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 身の回りにはさまざまな周波数の電波が飛び交っています。その中から目的の周波数の信号を取り出すためには、回路の共振周波数をその周波数に合わせます。すると、目的の周波数の信号にとっては回路のインピーダンスが小さく流れる電流は大きくなりますが、他の周波数の信号にとっては回路のインピーダンスが大きいために電流があまり流れません。
 
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入力電圧V1=300mV、R1=10kΩ、Rf=100kΩの反転増幅回路で周波数を100Hzから200kHzまで徐々に変化させていくと、10kHz以降から位相差が生じて、出力電圧、利得が減少しはじめました。どうしてこんなことが起きるのでしょうか?その根拠がわかりません・・・
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関連する質問を紹介しますので、この回答を参考にレポートを書いてください。

μPC741というオペアンプを使って反転増幅の周波数特性をG=0,10,20dBと3種類測定しました。
(1)3種類とも利得が-3dBになる高域遮断周波数が約40kHzになりました。理論値と比較したいのですが理論式の導出がわからない
(2)周波数をあげると生じる入出力の位相差の原因とその理論式(たぶんスルーレートが関係すると思うのですが)
(3)位相差と利得の低下にはどんな関係があるのか http://okwave.jp/qa3510524.html

基本的な反転増幅回路における周波数特性が右下がりになる理由を理論的に説明したいのですが、回路にコンデンサが使われていないので、カットオフ周波数が求められなくて困っています。オペアンプは751です。右下がりになる理由はカットオフとオペアンプの周波数特性によるものですよね? http://okwave.jp/qa3048059.html

非反転増幅、反転増幅の回路実験を行ったのですが、1kHzや100kHz を入力すると、約10倍の増幅が確認できたのに対し、1MHzを入力した場合、約1.2倍となりほとんど増幅が確認できませんでした。 これはなぜでしょうか http://okwave.jp/qa3055112.html

反転増幅回路と非反転増幅回路に周波数特性に違いがあるらしいのですがそれがどういった違いなのかわかりません。わかる方いらっしゃいましたら教えてください。 http://okwave.jp/qa4078817.html

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Q寄生容量を減らすための方法

いまフォトダイオードとIVアンプを使って工作を行っているのですが、グラウンド線との間に発生した寄生容量によるノイズに非常に悩まされています。

寄生容量を減らすためには、
・フォトダイオード-IVアンプ間のケーブルの長さを短くする。
・ケーブル間の誘電率を下げる。
ということが上げられますが、ケーブルの長さを短くするのは単に短くするだけですが、誘電率を下げるというのはどうすれば良いのでしょうか?
ケーブル間の距離を大きくとると、直感的には静電結合は弱まりそうな気はするのですが、容量としては大きくなる方向に進みますよね?となるとケーブル同士は逆にみっちり近づけた方が良いのでしょうか?

それと同じような質問ですが、オペアンプの端子間に発生する寄生容量を考えると、端子間距離は小さい(つまりオペアンプ自体が小さい)ものと端子間距離が大きい(つまりオペアンプ自体が大きい)ものではどちらの方が小さいのでしょうか?

よろしくお願い致します。

Aベストアンサー

>寄生容量を下げることでノイズピークも小さくなることが分かっています。
で、実際に観測されているノイズ成分も周波数スペクトルからそれで説明がつくということでよいですか?
ご質問の話は知っていますけど、ノイズ成分が低周波側だったりすると、原因はご指摘したものとは別のところで生じている話で対策も変わるので、という話をしています。

何せご質問では情報が少なすぎるので、まずはどういう状況なのかを確認しませんとね。
>ケーブルの長さは2cmほど電流値は1μAほどです。
2cmですか。思った以上に短いものを使われているのですね。
これはなぜ、PD直接ではなくケーブル経由なのでしょうか。
出来れば基板に直接の方が有利なのですが。PDのリードでは足りないということなのでしょうか。

あ、そうそうご質問にある誘電率の話ですけど、これは要するに材質の話です。
ケーブルの絶縁体の誘電率が低い方が容量が小さくなるという話です。
一番誘電率が低いのは空気なので(ほぼ1に近い。完全に1なのは真空です。)、それでなぜケーブルがあるのか、直接足ではだめなのかという話をしました。

あと距離ですけど、コンデンサ容量Cは電極間距離に反比例しますので距離が大きいほど容量は小さくなりますよ。

基板側はどうなっていますか。つまりOPアンプが搭載されている基板のパターンはどうしていますか。OPアンプはDIPですかそれとも表面実装なのでしょうか。
基本的には基板のランドパッドは小さい方が寄生容量は減らせるので、表面実装にして、ランドパッドを小さくして、グラウンドとの間の静電容量に気をつける話になります。

これらの話になると基板設計の話になってしまいますし、何層基板を使うのかという話もあるし、現状どうなのかがわからないとコメントはしにくいです。

端的に言えばグラウンドはしっかり広くとることになりますけど、PDの信号ライン(OPアンプマイナス入力)については極力短くということになります。

ところで使用しているPDは寄生容量は小さいタイプをお使いなのですよね?
寄生容量が大きいタイプを使っているのであれば、そもそもPDの容量が支配的になるから、他の部分の寄生容量を減らしたところで微々たるものですから。

まだご質問では必要な周波数帯域もわかりませんし、問題のノイズのスペクトル分布がどうなっているのかもわからないので、上記が適切な対応なのかどうかはわかりませんよ。

>寄生容量を下げることでノイズピークも小さくなることが分かっています。
で、実際に観測されているノイズ成分も周波数スペクトルからそれで説明がつくということでよいですか?
ご質問の話は知っていますけど、ノイズ成分が低周波側だったりすると、原因はご指摘したものとは別のところで生じている話で対策も変わるので、という話をしています。

何せご質問では情報が少なすぎるので、まずはどういう状況なのかを確認しませんとね。
>ケーブルの長さは2cmほど電流値は1μAほどです。
2cmですか。思...続きを読む

Q近接効果について教えてください。

近接効果について教えてください。

「平行で互いに近接した2本の導線に同じ方向の電流が流れるとき、導線同士の間は磁束密度が高くなり、電流はそれぞれの導線内部で他方の導線に接していない側を流れようとする」
という近接効果の原理がいまいち理解できません。

(1)導線同士の間は磁束密度がゼロもしくは極少になるように思えます。
右ネジの法則から、それぞれの導線の周りには同じ回転方向の磁束が生じますよね?すなわち導線の間では磁束が逆向きなので打ち消し合い、最終的に2本の導線をまたぐ落花生型の磁束線ができるイメージがあります。この考えは間違いでしょうか?

(2)フレミングの左手の法則を考えれば、むしろローレンツ力によって引き合うのでは?
高校物理では同じ方向に電流が流れる電線は互いに引き合うとならいますよね?この時電線の断面では他方の電線に近い側に電流が引きつけられているイメージがありました。この考えは間違いでしょうか?近接効果のケースも電流には引き合う方向にローレンツ力が働いているのではないのですか?

いくらか調べる中で、「近接効果は表皮効果と同じ原理・・・」との表記がありました。ということは、一方の電流が他方の導線内の近い側に誘導電流を発生させ(ようとし)、その誘導電流の向きが逆向きであるために抵抗として働き、結果として導線の接点付近は流れにくくなる、ということでしょうか。更に言えばこのときローレンツ力も働いていて引き合っているが、抵抗の大きさが支配的であるということでしょうか。

以上、初歩的な質問の上に大変読みにくい文章で恐縮ですが、みなさんご享受願います。

(添付画像は以下のページより引用)
http://ednjapan.rbi-j.com/issue/2010/3/65/6348

近接効果について教えてください。

「平行で互いに近接した2本の導線に同じ方向の電流が流れるとき、導線同士の間は磁束密度が高くなり、電流はそれぞれの導線内部で他方の導線に接していない側を流れようとする」
という近接効果の原理がいまいち理解できません。

(1)導線同士の間は磁束密度がゼロもしくは極少になるように思えます。
右ネジの法則から、それぞれの導線の周りには同じ回転方向の磁束が生じますよね?すなわち導線の間では磁束が逆向きなので打ち消し合い、最終的に2本の導線をまたぐ落花生型...続きを読む

Aベストアンサー

近接効果(proximity effect)も表皮効果(skin effect)も渦電流(Eddy current)の影響です。
この資料のp.44~「13.4 Eddy currents in winding conductors」を読んだらどうでしょう。
http://www.itee.uq.edu.au/~elec4400/Archive/lectures08/Ch13slides_magnetics.pdf
理解できないようなら、ここで紹介されている「よくわかる電磁気学」を勧めます。
http://blog.livedoor.jp/dankogai/archives/51443231.html
電磁気学「充分に発達した科学技術は、魔法と見分けが付かないというクラークの第三法則との最初の出会いであり、
・・・中略・・・
これを攻略するか否かが物理学が一生魔法で終わるかそれとも科学になるのかの分水嶺とも思われる。」
とゆうことだそうです。

Qフェライトコアの正しい取り付け方について

お世話になります。
自分はノイズ対策とかそういうものが大好きで、
色々なものにフェライトコアを付けています。
しかし、以前から疑問だったのですが、フェライトコアの理論の説明や、
効果については色々と検索して見つけたのですが、
取り付け方の説明というのを見た事が無かったので質問に至りました。

もしかしたら、そのケーブルの種類によっても作法が異なったり、
付けない方がいいという場合もありましたら、教えて頂けると幸いです。
今回は文字だけだと説明が難しかったので画像を添付致します。
お手数をお掛けして申し訳ないのですが、何卒よろしくお願いします。

それでは、本題です。
■質問:01
フェライトコアは巻いてこそ意味があるのでしょうか?(または、効果が上がるのでしょうか?)
同様に、巻かなくもいいのでしょうか?

■質問:02
コードをフェライトコアに巻きつける場合、なるべく多く巻いた方がいいのでしょうか?(何周も)
また、巻きすぎが良くない場合など、およそ何周くらいが丁度良いのでしょうか?

■質問:03(添付の画像)
フェライトコアにケーブルを巻きつける場合、画像の様な3パターンを考えるのですが、
どの巻き方が一番良いのでしょうか?
A:コアとの隙間を広く取り、ケーブルを大きく巻く
B:コアと密着させ、小さく巻く
C:コアの周りを巻かず、ケーブルを束ねる様に中を通す

お手数をお掛けしますが、宜しくお願いします。

お世話になります。
自分はノイズ対策とかそういうものが大好きで、
色々なものにフェライトコアを付けています。
しかし、以前から疑問だったのですが、フェライトコアの理論の説明や、
効果については色々と検索して見つけたのですが、
取り付け方の説明というのを見た事が無かったので質問に至りました。

もしかしたら、そのケーブルの種類によっても作法が異なったり、
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お...続きを読む

Aベストアンサー

1.「巻いた方が効果が上がる」です。コアの中を貫通させるだけでも効果は有りますが、コアの中を通る磁束を高めた方が効果が出ます。

2.1の通り
巻きすぎるといろいろとロスも発生しますので、程度問題では有りますが・・

3.
Aのように隙間を空けてはコアを通らない磁束が大量に発生して効果が薄れます。
Cの往復ではケーブルの外に出る磁束が往復でキャンセルされてしまい効果が薄れます。
という事でBの密着巻きです。

Q何kV/cmで絶縁破壊が起こるか?

試料に高電圧を印加する実験を考えております。シリコンオイル中、および大気中において、何kV/cmで絶縁破壊が起こるか、ご存知の方がいらっしゃいましたら教えていただきたく存じます。有効数字は一桁程度でかまいません。

Aベストアンサー

一般的にいわれるのは
大気中:30kV/cm

また、教科書によると、
シリコン油中:80kV/2.5mm
だそうです。
ただ、絶縁破壊電界は電極間距離に依存し、一般には短い方が高電界に耐えます。


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