分布定数の数値例
分布定数回路のL,Cはどのくらいの値なのか具体例で計算してみる。といっても実際のプリント基板で使うマイクロストリップラインやストリップラインは計算が難しいので、GND面上に導線が走っている伝送線路を考える。
計算の結果、線路のキャパシタンスとインダクタンスは同じ形状因子を使って表わされる。(→補足 - 平行線路のL,Cの正確な計算)
ここで形状因子は
なお導線の半径が小さいときの近似式は、h=2aで5%、h=3aで2%と誤差はかなり小さい。
真空の誘電率、透磁率は
また物質の誘電率、透磁率は
だから、1cmあたりnH,pFのオーダのインダクタンスとキャパシタンスが分布している
また、特性インピーダンスZ0は形状因子がかかるが、伝搬速度uは形状に依存しない
媒体 |
εr |
u [cm/ns] |
ガラスエポキシのプリント基板 |
4.2 |
15 |
ポリエチレンの同軸ケーブル |
2.3 |
20 |
空気中 |
1.0 |
30 |
この「伝搬速度uが形状に依存しない」という事実は重要で、
だから、キャパシタンスがわかれば特性インピーダンスがわかる。キャパシタンスの大小は線路形状から直観的にわかるので、これで特性インピーダンスの大小も把握できる。
ちなみにプリント基板の典型的な50Ω,15cm/nsの線路の分布定数を求めてみると