Ｌ，Ｃが周波数に依存する理由

質問

理想として、キャパシタンスＣ，自己インダクタンスＬは、周波数に関係無く一定であるはずですが、
実験では周波数により、値が変わってしまいました。

材料による抵抗等による位相のずれなどは理解できるのですが、周波数に関係することの知識がまったくありません。実際どんな材料が使われ、どんな構造で、そこから来るどんな原因で、周波数というものが影響を及ぼすのかをを教えて下さい。

回答No.4

pen2san

> すみません。また質問になってしまいます。
> 周波数帯によって影響される、されないという違いはどのようにしておこるのでしょうか？
> さらに、Ｌの巻き数によるインダクタンスの変化がほとんど無いという、理由と、”ほとんど”の程度、実際回路を作成する上で、どの程度の精密さを持つのか教えて下さい

浮遊容量や浮遊インダクタンスが無視できる周波数帯であれば無視できますよね。
XL=ωＬ，XC=１／ωＣ ですから、どちらかの成分が残りの成分に比べて非常に小さい場合（1/100?)は一般に無視できます。それぞれのベクトルを合成した際、理想（±π／２）からどれだけずれているかという様に考える事もできます。例えば、Ｃの場合は構造によって浮遊Ｌの値が変わります。箔巻型の物は比較的Ｌ成分が大きく、セラミック型や積層型は比較的小さいのが一般的です。

インダクタンスに関しては、直線に伸ばした時のＬの値と巻いた時のＬの値そのものには違いが出ません。通常の実験では変化を検出出来ない（他の誤差が大きいため）と考えて下さい。
工学的に扱うのであればＬの値は変わらないと考えて良いと思います。（工学では１％程度の誤差は無視して設計、研究しています。）
もし、本件の詳細を研究したければ物理学を研究してください。

回答No.3

pen2san

tecchiさんの回答の補足です。

実験に使用したＬやＣが理想モデルではなかった事に起因していると思われます。
Ｃはリード線インダクタンス以外にも、電極自体がインダクタンス成分を持ち、ＧＨｚ帯以上では有効キャパシタンスと言う概念（ある周波数における実効容量）を用いる必要があります。電極を巻込んだ形状（オイル型とかチューブラ型とかＭＰコンとか）では低い周波数（数ＭＨｚ）でも効いてきます。

Ｌではtecchiさんの説明通り浮遊容量が支配していると思います。実験をする際に浮遊容量を実験で求め、その浮遊容量を加味した計算式で再度Ｌを求めれば正確なインダクタンスが求まると思います。 浮遊容量を求めるには、測定周波数を２倍にして、Ｃを１／２にした時の誤差から求まります。
なお、Ｌは巻いても一直線に伸ばしてもほとんどインダクタンスの変化はありません。 共振周波数が異なるのは浮遊容量の差です。

お礼

すみません。また質問になってしまいます。
周波数帯によって影響される、されないという違いはどのようにしておこるのでしょうか？
さらに、Ｌの巻き数によるインダクタンスの変化がほとんど無いという、理由と、”ほとんど”の程度、実際回路を作成する上で、どの程度の精密さを持つのか教えて下さい

回答No.2

tecchi

補足です。

「部品材料学」といったような書籍で、部品の「等価回路」という部分を引いてみると、いろいろなケースが説明されていると思います。

お礼

早速探してみます。

回答No.1

tecchi

「実験で変わった」と言うことは、実際のコンデンサやコイルを使っているわけですね？
それを前提に、一例を挙げてみます。

○キャパシタンス
コンデンサ本体から、リード線が接続されていると思います。
リード線は、言い換えればコイルですから、インダクタ成分を持ち、これが理想的キャパシタンスの特性からズレが生じる原因となる。

○インダクタンス
例えば巻線コイルの場合、コイルの線間同士がキャパシタンス成分を持つ。
これが理想的インダクタンスの特性からズレが生じる原因となる。

お礼

御解答ありがとうございました。感覚的にわかりやすく、助かりました。