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2012年7月31日 (火)

表面効果のはなし

表面効果とは
[Surface Effect]で、導体中の電流が周波数が高くなるに従って、表面のみに集中する現象です。Skine
ハード的には
 右図は銅線が流す周波数によってどのくらい電流が表面に集まるかを示した図です。
Bea04013aa74f6c9ad77a5c862820300
ここでは電流が1/e 約0.37になる深さを計算しています。ρ = 導体の電気抵抗、ω = 電流の角周波数 = 2π × 周波数、μ = 導体の絶対透磁率ですが、これによって例えば、銅(Cu)の場合に 10kHzでは d は 0.66mm になります。直径2mmの銅線では太さの 1/3では電流が約 1/3になるような計算です。
そして、周波数が 10MHzとなりますと、 d は 21µm となり、直径の1%ほどの領域になっています。
もちろん電流は本来流れる 100% より流れる領域が減るので,抵抗値が増えるようになり、ロスが増えることになります。
 さらに 100MHzでは 6.6µm ,1GHzでは 2µm となりますので、このあたりの周波数ではプリント基板などではほんの表面だけになりますので、プリント基板の銅箔の厚みを増やしても抵抗値減少にはなりません。よく見られる高周波パターンの金メッキなどの処理は、酸化防止だけでなく、表皮効果でのロスを下げる効果があります。
ソフト的には
 FMラジオや短波受信機など高い周波数になってくると、この表皮効果を抑えるために、太い1本の線を使うのではなく、細い絶縁された線を何本も束ねた「リッツ線」と呼ばれる線がコイルなどに多用されました。ラジオのフェライトバーに巻いてあるコイルの線がリッツ線で、単線よりは切れにくい点も重宝されたのではなかったでしょうか。数MHzではあまり効果がなかったのではないかと思いますが、少しでも入力コイル側でロスを減らす役割は重要だと考えられたのでしょう。

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コメント

表皮効果では?

英語でSurface Effectでは、訳は「表面」効果でしょうね。一般的にはSkin Effect で、「表皮」効果のほうがポピュラーでしょうかね。混在して申し訳ありません。

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