.

.

حد و مرز جریان در نوارهای مسی فیبر مدار چاپی چقدر است؟ یک مسیر مسی طولانی چه اثری در یک مدار فرکانس بالا دارد؟ آیا ظرفیت خازنی مسیرهای مسی موضوع قابل اعتنایی است؟ در این نوشتار به پاسخ پرسش‌هایی از این دست پرداخته‌ابم.

.

الف) ضخامت لایه و پهنای مسیرهای مسی

در طراحی هر فیبر مدار چاپی باید ضخامت یا به عبارتی کُلُفتی لایه‌ی مسین حامل جریان مد نظر قرار داشته باشد تا از پیش آمدن گرمای بیش‌تر از حد مجاز در لایه‌ی مس و سوختن یا اکسیدشدن آن پیش‌گیری گردد. رابطه‌ی زیر  بر این اساس نوشته شده که دمای مسیر مسی از 65 درجه‌ی سانتی‌گراد بالاتر نرود:

فرمول تقریبی جریان مجاز مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

در این رابطه داریم:

پارامترهای فرمول تقریبی جریان مجاز مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

مقدار u از جدول زیر برداشت می‌شود:

ضرایب انتقال گرمایی مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی به ازای پهنای آنها

مثال: پهنای مسیر 1 میلی‌متر، ضخامت لایه 35 میکرومتر (0/035 میلی‌متر)

مثال محاسبه ی جریان مجاز یک مسیر مسی

مدل مقاومت اهمی و خودالقایی یک مسیر مسی

در تصویر بالا مدار معادل یک مسیر مسی رسم شده است. در آن برای مسیر مسی یک مقاومت اهمی و یک اندوکسیون فرض شده است.

.

ب) مقاومت اهمیِ مسیر مسی

مقاومت اهمیِ مسیر مسی فیبر مدار چاپی از فرمول زیر حساب می‌شود:

فرمول محاسبه ی مقاومت اهمی یک مسیر مسی

که در آن:

پارامترهای فرمول مقاومت اهمی مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

مثال: طول مسیر مسی 5 سانتی‌متر، ضخامت لایه‌ی مس 35 میکرومتر، پهنای مسیر مس 1 میلی‌متر

مثال محاسبه ی مقاومت اهمی یک مسیر مسی

به طور کلی برای یک مسیر مسی به پهنای 2 میلی‌متر داریم:

مقادیر تقریبی مقاومت اهمی یک مسیر مسی برای ضخامت های مختلف لایه ی مس

.

پ) خودالقاییِ مسیر مسی

هنگام کاربرد فیبرهای مدار چاپی در فرکانس‌های بالا اندوکسیونی که بابت طول هر مسیر مسی پدیدار می‌شود، حایز اهمیت است. این خودالقایی در تصویر 1 ترسیم شده است. برای تخمین مقدار این خودالقایی از رابطه‌ی تقریبی زیر استفاده می‌شود:

فرمول تقریبی خودالقایی مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

در این رابطه L بر حسب نانوهانری و l بر حسب سانتی‌متر است و تا هنگامی معتبر است که در آن 1) طول مسیر مسی از پهنای آن خیلی بیش‌تر باشد، و 2) ضخامت لایه‌ی مسی در بازه‌ی 35 تا 100 میکرومتر قرار داشته باشد.

مثال: طول مسیر مسی 5 سانتی‌متراست. مقدار اندوکتانس بر اساس رابطه‌ی بالا: 40 نانوهانری = 5 × 8 .

پارامترهای مهم در کوپلاژ یا ترویج القایی یک مسیر مسی

با دقت در تصویرهای 1و 2 ملاحظه می‌شود که پدیده‌ی «کوپلاژ اندوکتیو» در مدارهای الکترونیکی موضوعی نیست که بتوان از آن به سادگی چشم‌پوشی کرد. اهمیت این تزویج (کوپلاژ) به ویژه هنگامی خودنمایی می‌کند که در این مسیرها سیگنال‌های پر سرعت با لبه‌های تیز تردد داشته باشند. امپدانسِ کوپلاژ گالوانیک-اندوکتیو یک مسیر مسی که در تصویر 1 به صورت یک مقاومت اهمی و یک اندوکتور (خودالقا) ترسیم شده است، برابر است با:

فرمول محاسبه ی امپدانس یک مسیر مسی

در کل، می‌توان از مقدار مقاومت اهمی صرف‌نظر کرد، زیرا مقدار آن نسبت به مقاومت القایی مسیر مسی بسیار ناچیز است.

ولتاژی که در این مسیر مسی بر اثر تغییرات ناگهانی جریان (لبه‌های بالارونده با پایین‌رونده‌ی پالس‌ها) افت می‌کند (UK) برابر است با:

فرمول محاسبه ی افت ولتاژ در یک مسیر مسی

با نادیده انگاشتن RK این فرمول به صورت زیر درمی‌آید:

فرمول ساده شده ی محاسبه ی افت ولتاژ در یک مسیر مسی

مثال: طبق رابطه‌ی L =  8 x l ، با فرض 25 سانتی‌متر برای طول یک مسیر مسی، مقدار اندوکتانس این مسیر 200 نانوهانری حساب خواهد شد. رفتار این مسیر مسی در برابر یک سیگنال سریع گذرنده که جریان 50 میلی‌آمپری آن در 25 نانوثانیه تغییر کند، یا به زبان ریاضی di = 50mA و dt = 25ns باشد، به چه صورت است؟ با قرار دادن مقدارهای معلوم در رابطه‌ی بالا نتیجه می‌گیریم که در این مسیر مسی افت ولتاژی در  سیگنال خروجی نسبت به دامنه سیگنال ورودی پیدا می‌شود که در حدود نیم ولت است:

مثال محاسبه ی افت ولتاژ در یک مسیر مسی

این مقدار افت ولتاژ می تواند در بسیاری از مدارهای الکترونیکی به اختلال‌های شدید منجر شود و از کارکرد صحیح مدار جلوگیری کند، به ویژه هنگامی که چندین طبقه در یک مدار دارای زمین مشترک یا خط تغذیه‌ی مشترک باشند و در یکی از این طبقات چنین ولتاژ نامطلوبی پیدا شود. نصب صحیح یک ظرفیت خازنی مسدودکننده از نوع سرامیکی و با ظرفیتی در حدود 100 نانوفاراد می‌تواند این ولتاژ اختلالی را تا حد بسیار خوبی سرکوب کند و مانع گسترش آن در کلّ مدار شود.

.

ت) ظرفیت خازنی مسیرهای مسی

در فن‌آوری پالس و در مدارهای فرکانس بالا ظرفیت خازنی مسیرهای مسی هم نقش مهمی بازی می‌کند و باید در طراحی فیبر مدار چاپی مورد توجه قرار گیرد.

مدل تزویج یا کوپلاژ خازنی یک مسیر مسی

برای محاسبه‌ی تجربی و سرانگشتی مقدار این ظرفیت، می‌توان از رابطه‌ی زیر بهره برد:

فرمول تقریبی محاسبه ی ظرفیت خازنی مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

که در آن:

پارامترهای فرمول محاسبه ی ظرفیت خازنی مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

.

جدول ضریب دی الکتریک مواد مختلف سازنده ی پایه ی عایق فیبرهای مدار چاپی

با توجه به تصویر 4 درمی‌یابیم که مثلاً با دو برابر کردن پهنای مسیر مسی b فاصله‌ی مسیرهای مجاور هم باید کمینه دو برابر شوند تا کوپلاژ خازنی تقریباً ثابت باقی بماند.

پارامترهای مهم در کوپلاژ یا ترویج خازنی یک مسیر مسی

بر اساس تصویر 3 برای تزویج یا کوپلاژ خازنی داریم:

فرمول محاسبه ی افت ولتاژ ناشی از کوپلاژ یا تزویج خازنی در یک مسیر مسی

اگر داشته باشیم که b = 0/2cm و l = 5cm ، و ماده‌ی پایه‌ی فیبر مدار چاپی اپوکسی- فیبر شیشه یاشد، ظرفیت خازنی این مسیر مسی عبارت خواهد بود از:

مثالی از محاسبه ی ظرفیت خازنی در مسیرهای مسی فیبر مدار چاپی

با قرار دادن یک مسیر مسی متصل به خط زمین مدار میان دو مسیر مسی مجاور هم، این ظرفیت خازنی را می توان در حالت بهینه تا 5 برابر کاهش داد. یادآور می‌شود که مسیر مسی حامل خط زمین باید به طور تقریبی سه برابر پهن‌تر از مسیرهای سیگنال باشد و فاصله‌های آنها نیز از یکدیگر باید برابر پهنای مسیرهای سیگنال باشند.

.

.

مطالب مرتبط:

تعیین پهنای مسیرهای مسی روی فیبرهای مدار چاپی

خازن‌‌های ضداختلال، خازن‌های مسدودکننده

زمین، بدنه، ارت، شاسی، گراوند

.

.

www.etesalkootah.ir ||   2017-05-24 © 

2015 www.etesalkootah.ir  © All rights reserved.

تمامی حقوق برای www.etesalkootah.ir محفوظ است. بیان شفاهی بخش یا تمامی یک مطلب از www.etesalkootah.ir در رادیو،  تلویزیون و رسانه های مشابه آن با ذکر واضح "اتصال کوتاه دات آی آر" بعنوان منبع مجاز است. هر گونه  استفاده  کتبی از بخش یا تمامی هر یک از مطالب www.etesalkootah.ir در سایت های اینترنتی در صورت قرار دادن لینک مستقیم و قابل "کلیک" به آن مطلب در www.etesalkootah.ir مجاز بوده و در رسانه های چاپی نیز در صورت چاپ واضح "www.etesalkootah.ir" بعنوان منبع مجاز است.

.