---

Parazitná kapacita tiež známa ako bludná kapacita alebo medzivodičová kapacita, je jav, ktorý sa vyskytuje v elektrických obvodoch a systémoch v dôsledku prítomnosti neúmyselných alebo neželaných kapacitných väzieb medzi vodičmi, komponentmi alebo častiami obvodu. Keď sú dva elektrické vodiče alebo časti vo fyzickej blízkosti, nesú náboj a majú medzi sebou určitý potenciál napätia, pravdepodobne vytvoria virtuálny kondenzátor; to platí aj vtedy, ak sú všetky vodiče primerane izolované. Parazitná kapacita je teda nevyhnutná, nadbytočná a nechcená kapacita medzi dvoma alebo viacerými elektrickými vodičmi, ktorá má tendenciu existovať v dôsledku blízkosti a zvyčajne spôsobuje neideálne správanie elektrického obvodu. Tento fenomén môže mať významné dôsledky na výkon a funkčnosť elektronických zariadení, najmä pri vysokých frekvenciách.

Čo je parazitná kapacita?

Základná definícia hovorí, že : Parazitná kapacita vzniká, keď sú dva, alebo viac vodičov alebo vodivých povrchov umiestnené v blízkosti seba, a medzi nimi sa vytvorí elektrické pole. Toto elektrické pole spôsobuje, že medzi týmito vodičmi sa akumuluje elektrický náboj, čím vzniká určitá kapacita. Táto kapacita je často neželaná, pretože môže ovplyvniť prenos signálov a spôsobovať rušenie v obvodoch.

Parazitná kapacita vs. vyššie frekvencie

Čím vyššia je frekvencia v obvode, tým viac sa sa bežný kondenzátor správa ako rezistor a blíži sa skoro až ku skratu. Tiež si je potrebné uvedomiť, že kondenzátor sa pri nekonečnej frekvencii správa skôr ako vodič. V dôsledku toho si môžete predstaviť, že parazitná kapacita môže byť pri vyšších frekvenciách skutočným problémom, pretože pri nižších frekvenciách jej účinky nemajú veľký vplyv. Parazitná kapacita, ktorá sa vyskytuje pri vyšších frekvenciách, môže náhodne spojiť referenčnú rovinu akejkoľvek dosky plošných spojov so šasi.

Príčiny vzniku parazitnej kapacity

Existuje niekoľko faktorov, ktoré prispievajú k vzniku parazitnejkapacity:

1. Blízkosť vodičov: Keď sú vodiče umiestnené blízko seba, napríklad v kábloch alebo na plošných spojoch, vzniká medzi nimi kapacitná väzba.
2. Veľké plochy vodičov: Vodiče alebo povrchy s veľkými plochami, ktoré sú blízko seba, môžu vytvoriť výraznú kapacitu.
3. Izolačné materiály: Typ a hrúbka izolačného materiálu medzi vodičmi ovplyvňuje množstvo kapacity, ktorá sa môže vytvoriť. Izolačné materiály s vyššou relatívnou permitivitou prispievajú k väčšej kapacite.
4. Frekvencia signálov: Pri vysokofrekvenčných signáloch je parazitná kapacita výraznejšia a môže spôsobovať väčšie problémy, pretože kapacitný reaktancie je inverzne úmerný frekvencii signálu.

Dôsledky pôsobenia parazitnej kapacity

Parazitná kapacita môže mať niekoľko negatívnych dôsledkov na výkon a spoľahlivosť elektrických a elektronických systémov:

1. Signálové rušenie: Parazitná kapacita môže spôsobiť neželané interakcie medzi rôznymi časťami obvodu, čo vedie k presluchu a rušeniu signálov. Toto je obzvlášť problematické v audio a komunikačných systémoch.
2. Zmena impedancie: Parazitná kapacita mení celkovú impedanciu obvodu, čo môže viesť k zníženiu efektivity prenosu energie a signálov.
3. Straty výkonu: V niektorých prípadoch môže parazitná kapacita spôsobiť straty výkonu, pretože časť energie je akumulovaná a potom uvoľnená vo forme tepla.
4. Nesprávna funkčnosť: V presných meracích a kontrolných systémoch môže parazitná kapacita spôsobiť chyby vo výsledkoch meraní a nesprávnu funkčnosť zariadení.

Minimalizácia parazitnej kapacity

Existuje niekoľko metód a techník na minimalizáciu parazitnejkapacity v elektronických systémoch:

1. Optimalizácia dizajnu plošných spojov: Starostlivý návrh plošných spojov, ktorý minimalizuje blízkosť paralelných vodičov a využíva správne vrstvenie, môže znížiť parazitnú kapacitu.
2. Použitie tienenia: Tienenie vodičov a komponentov môže pomôcť znížiť kapacitné väzby tým, že fyzicky oddeľuje vodiče od seba.
3. Výber vhodných materiálov: Použitie izolačných materiálov s nízkou relatívnou permitivitou môže pomôcť znížiť kapacitu medzi vodičmi.
4. Frekvenčné obmedzenia: Pri práci s vysokofrekvenčnými signálmi je dôležité zvážiť návrh obvodov, ktorý minimalizuje vysokofrekvenčné kapacitné väzby.

Vzorec pre výpočet parazitnej kapacity medzi dvoma paralelnými vodičmi:

Medzi dvoma paralelnými vodičmi v nekonečne dlhom prostredí (vakuum alebo vzduch):

$C = \frac{\pi \epsilon_0 \epsilon_r l}{\ln(\frac{d}{r})}$

kde:

• C je kapacita vo faradoch, F
• ϵ₀ je permitivita vo vákuu (8.854×10⁻¹² F/m)
• ϵ_r je relatívna permitivita dielektrika medzi vodičmi (pre vzduch je približne 1)
• l je dĺžka vodičov (v milimetroch, mm)
• d je vzdialenosť medzi osami vodičov (v milimetroch, mm)
• r je polomer vodičov (v milimetroch, mm)

Parazitná kapacita vs. Geometria usporiadania vodičov

Parazitná kapacita, závisí výrazne od geometrického usporiadania vodičov a okolitých vodivých materiálov. Hoci sme už diskutovali o parazitnej kapacite medzi paralelnými vodičmi, existuje mnoho iných situácií a geometrií, kde sa kapacita môže prejaviť. Tieto situácie si vyžadujú odlišné prístupy a vzorce na výpočet kapacity.

Parazitná kapacita medzi vodičom a plochou doskou

Jednou z bežných konfigurácií je parazitná kapacita medzi jednotlivým vodičom a plochou doskou (napríklad kovová rovina). Tento scenár je bežný v mikroelektronike, kde vodiče na plošnom spoji sú v blízkosti kovových referenčných plôch (zemiacich alebo napájacích rovín). Tu je vodič je umiestnený nad plochou doskou, pričom vzdialenosť medzi nimi je konštantná. Ak je doska považovaná za zem alebo nulový potenciál, kapacita vzniká medzi vodičom a touto doskou.

Parazitná kapacita medzi vodičom a zemou

Ďalší typ parazitnej kapacity vzniká medzi vodičom a zemou. Tento typ je veľmi relevantný v energetike, telekomunikáciách a iných oblastiach, kde vodiče môžu byť umiestnené v blízkosti zeme alebo kovových konštrukcií spojených so zemou. V tomto prípade je vodič je umiestnený nad zemou alebo kovovou plochou spojenou so zemou. Kapacita vzniká medzi vodičom a zemou, pričom zem je považovaná za rovnomernú vodivú plochu.

Parazitná kapacita medzi vodičmi v blízkosti plochých povrchov

V niektorých prípadoch sú vodiče umiestnené v blízkosti plochých povrchov, ale nie priamo nad nimi. Napríklad dva vodiče sú vedené paralelne k plochej doske, ale sú umiestnené voči nej asymetricky. V tomto prípade sa jedná o dva vodiče, ktoré sú paralelné a sú umiestnené blízko plochého povrchu, ale každý vodič má rôznu vzdialenosť od povrchu.

Parazitná kapacita v káblových zväzkoch

V káblových zväzkoch sú vodiče často umiestnené v tesnej blízkosti mnohých iných vodičov, čím sa vytvára zložitá sieť kapacitnej väzby. V tomto prípade pôsobia na seba rúzne veľkosti potenciálov  a magnetických polí o rôznej intenzite.

Vplyv dielektrika

Relatívna permitivita ϵ_r sa mení v závislosti na materiáli medzi vodičmi. Napríklad pre izoláciu z PVC môže byť ϵ_r≈3−4.

Izolačný materiál	Relatívna permitivita (ϵr)
Vzduch	1.0
Vákuum	1.0
Polyetylén (PE)	2.25 - 2.35
Polypropylén (PP)	2.2 - 2.3
Polytetrafluóretylén (PTFE, Teflon)	2.1 - 2.2
Polyvinylchlorid (PVC)	3.0 - 4.0
Guma	3.0 - 15.0
Epoxidová živica	3.5 - 4.0
Mica	5.0 - 7.0
Sklenené vlákno	4.5 - 5.5
Keramika	6.0 - 12.0
Papier impregnovaný olejom	3.5 - 4.5
Polyuretán (PU)	3.2 - 3.5
Silikónová guma	3.0 - 3.5
Etylénpropylénová guma (EPR)	2.7 - 3.0
Polyamid (Nylon)	3.0 - 4.0
Polymér s fluórem (FEP)	2.1 - 2.2
Polyetyléntereftalát (PET)	3.0 - 3.3

Tieto hodnoty sú približné a môžu sa líšiť v závislosti od špecifického zloženia a výrobných procesov jednotlivých materiálov. Pri návrhu elektrických obvodov je dôležité používať presné hodnoty relatívnej permitivity pre konkrétny materiál, ktorý sa bude používať. Základnú tabuľku môžete nájsť na tomto odkaze - klikni, avšak tabuliek je niekoľko a môžu byť v nich väčšie, či menšie rozdiely hodnôt.

Výpočet parazitnej kapacity závisí na geometrickom usporiadaní vodičov, vzdialenosti medzi nimi a materiáli, ktorý ich oddeľuje. Pre paralelné vodiče v homogénnom prostredí je vzorec založený na permitivite, dĺžke vodičov, vzdialenosti medzi nimi a ich polomere. Polomer vodičov v kontexte výpočtu parazitnej kapacity sa vzťahuje na polomer jednotlivých vodičov, ktoré tvoria paralelný pár vodičov. V podstate ide o vzdialenosť od stredu vodiča k jeho povrchu. Polomer vodičov ovplyvňuje elektrické pole medzi vodičmi a tým aj kapacitu, ktorá vzniká medzi nimi. Väčší polomer vodiča vedie k väčšiemu povrchu vodiča a tým aj k väčšej kapacite pre danú vzdialenosť medzi vodičmi.

Záver

Parazitná kapacita je dôležitým aspektom pri návrhu a optimalizácii elektronických systémov. Pochopenie jej príčin a dôsledkov umožňuje inžinierom navrhovať efektívnejšie a spoľahlivejšie obvody a zariadenia.

---

---

---