Condensateur
Guide des condensateurs
Pourquoi la capacité électrostatique augmente-t-elle lorsque l'épaisseur diminue ?
1. Raison pour laquelle la capacité électrostatique augmente lorsque l'épaisseur diminue
Selon la formule C = ε × S/d, il existe trois méthodes différentes pour augmenter la capacité électrostatique d'un condensateur :
①Augmentation de ε (constante diélectrique)
②Augmenter S (surface de l'électrode)
③Réduire d (épaisseur du diélectrique)
Ici, ① et ② sont intuitivement faciles à imaginer, mais en ce qui concerne ③, il semblerait qu'un diélectrique plus épais serait plutôt capable d'accumuler une charge plus importante.
Ce n'est cependant pas le cas, car la charge s'accumule aux deux électrodes et non à l'intérieur du diélectrique.
Je vais d'abord expliquer ce point, puis décrire comment la formule a été calculée. Je vous prie de faire preuve d'indulgence à l'égard des nombreuses formules numériques simples qui suivent.
2. Dérivation de C = ε × S/d
En désignant la tension par V [V] et la distance entre les électrodes par d [m], la taille du champ électrique E [V/m] généré lorsqu'une tension est appliquée à l'espace entre les électrodes illustré à la figure 1 est donnée par l'équation (1).
E = V/d [V/m] ････(1)
Ce champ électrique est généré par la charge provenant de l'alimentation électrique. Toutefois, si l'on considère les lignes de force électriques, et conformément à la loi de Gauss, Q/ε [lignes] nombre de lignes de force électriques s'étendent à partir de la charge +Q [C]. Par conséquent, dans la figure 1, Q/ε [lignes] nombre de lignes de force électrique s'étendent de l'électrode A à l'électrode B.
La densité de ces lignes de force électriques est égale à la taille du champ électrique, de sorte qu'en désignant la surface de l'électrode par S [m2], on obtient la relation indiquée dans l'équation (2).
V/d = (Q/ε)/S ･･･(2)
En fonction de la charge Q provenant de l'alimentation électrique, on obtient l'équation (3).
Q = ε × SV/d [C] ･･･(3)
L'équation (3) montre que la charge Q est proportionnelle à la tension appliquée, de sorte que les performances du condensateur peuvent être exprimées en termes de niveau de charge pouvant être accumulé par unité de tension appliquée, et en désignant la capacité électrostatique par C[F], on obtient l'équation suivante.
C = Q/V [C/V = F] ･･･(4)
Cette équation montre que la capacité électrostatique C est proportionnelle à la charge Q. Pour augmenter la capacité électrostatique, il faut donc augmenter la charge Q qui s'accumule aux électrodes A et B de la figure 1.
Comment peut-on alors augmenter la charge Q ?
L'équation (3) montre que la charge Q est inversement proportionnelle à la distance entre les électrodes d.
En d'autres termes, la charge Q augmente lorsque la distance entre les électrodes diminue.
Pour résumer brièvement ce qui précède, la charge Q qui s'accumule aux électrodes A et B augmente à mesure que la distance entre les électrodes d diminue, et la charge accumulée Q devient plus importante, de sorte que la capacité électrostatique C augmente également. Je pense que le fait de comprendre le phénomène de cette manière le rend un peu plus intuitif.
L'équation familière (5) est dérivée des équations (3) et (4). C'est ainsi que le principe selon lequel la capacité électrostatique C augmente lorsque la distance entre les électrodes d diminue est dérivé à l'aide de formules numériques.
C = ε × S/d [F] ･･･(5)
N.S., MLCC Product Development Dept. 1, Fukui Murata Manufacturing Co, Ltd.
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