Kapazitive Kopplung - Capacitive coupling

Kapazitive Kopplung ist die Übertragung von Energie in einem elektrischen Netz oder zwischen entfernten Netzwerken durch Verschiebungsstrom zwischen der Schaltung (n) Knoten , durch das elektrische Feld induziert wird . Diese Kopplung kann eine beabsichtigte oder zufällige Wirkung haben.

Durch kapazitive Kopplung von Hochspannungsleitungen kann eine Lampe kontinuierlich mit geringer Intensität leuchten.
Durch kapazitive Kopplung von Hochspannungsleitungen kann eine Lampe kontinuierlich mit geringer Intensität leuchten.

In seiner einfachsten Implementierung wird die kapazitive Kopplung erreicht, indem ein Kondensator zwischen zwei Knoten platziert wird. Wenn eine Analyse vieler Punkte in einer Schaltung durchgeführt wird, kann die Kapazität an jedem Punkt und zwischen Punkten in Form einer Matrix beschrieben werden .

Verwendung in analogen Schaltungen

Kondensatoren aus Polyesterfolie , die üblicherweise zur Kopplung zwischen zwei Stromkreisen verwendet werden.

In analogen Schaltungen wird ein Koppelkondensator verwendet, um zwei Schaltungen so zu verbinden, dass nur das Wechselstromsignal vom ersten zum nächsten durchgelassen wird, während DC gesperrt ist. Diese Technik hilft, die DC-Bias- Einstellungen der beiden gekoppelten Schaltungen zu isolieren . Die kapazitive Kopplung wird auch als AC-Kopplung bezeichnet und der dazu verwendete Kondensator wird auch als DC-Sperrkondensator bezeichnet .

Die Fähigkeit eines Kopplungskondensators zu verhindern, dass eine Gleichstromlast eine Wechselstromquelle stört, ist in Verstärkerschaltungen der Klasse A besonders nützlich , indem verhindert wird, dass ein 0-Volt-Eingang an einen Transistor mit zusätzlicher Widerstandsvorspannung geleitet wird; kontinuierliche Verstärkung erzeugen.

Die kapazitive Kopplung verringert die Niederfrequenzverstärkung eines Systems, das kapazitiv gekoppelte Einheiten enthält. Jeder Koppelkondensator bildet zusammen mit der elektrischen Eingangsimpedanz der nächsten Stufe ein Hochpassfilter, und die Filterfolge führt zu einem kumulativen Filter mit einer –3 dB- Frequenz, die höher sein kann als die jedes einzelnen Filters. Für einen angemessenen Niederfrequenzgang müssen die verwendeten Kondensatoren also hohe Kapazitätswerte aufweisen. Sie sollten hoch genug sein, dass die Reaktanz jeder Stufe höchstens ein Zehntel der Eingangsimpedanz jeder Stufe bei der niedrigsten interessierenden Frequenz beträgt. Siehe Impedanzüberbrückung .

Koppelkondensatoren können auch bei niedrigen Frequenzen nichtlineare Verzerrungen einführen . Dies ist bei hohen Frequenzen kein Problem, da die Spannung am Kondensator sehr nahe bei Null bleibt. Wenn jedoch ein Signal die im Verhältnis zur RC- Grenzfrequenz niedrige Kopplung passieren darf , können sich über dem Kondensator Spannungen entwickeln, die bei einigen Kondensatortypen zu Kapazitätsänderungen führen, die zu Verzerrungen führen. Dies wird vermieden, indem Kondensatortypen mit niedrigem Spannungskoeffizienten gewählt werden und große Werte verwendet werden, die die Grenzfrequenz weit unter die Frequenzen des Signals legen.

Diese Nachteile von kapazitiv koppelnden DC-vorgespannten Transistorverstärkerschaltungen werden in direkt gekoppelten Designs weitgehend minimiert .

Verwendung in digitalen Schaltungen

AC-Kopplung wird auch häufig in digitalen Schaltungen verwendet, um digitale Signale mit einer Null- DC-Komponente zu übertragen , die als DC-symmetrische Signale bekannt sind. Gleichspannungssymmetrische Wellenformen sind in Kommunikationssystemen nützlich, da sie über wechselspannungsgekoppelte elektrische Verbindungen verwendet werden können, um Spannungsungleichgewichtsprobleme und Ladungsakkumulation zwischen verbundenen Systemen oder Komponenten zu vermeiden.

Aus diesem Grund sind die meisten modernen Leitungscodes darauf ausgelegt, gleichspannungssymmetrische Wellenformen zu erzeugen. Die gebräuchlichsten Klassen von DC-symmetrischen Leitungscodes sind Codes mit konstantem Gewicht und Codes mit paarweiser Disparität .

Gimmick-Schleife

Eine Gimmick-Schleife ist eine einfache Art von kapazitiven Kopplern: zwei eng beieinander liegende Drahtstränge. Es bietet eine kapazitive Kopplung von wenigen Picofarad zwischen zwei Knoten. Manchmal werden die Drähte aus Gründen der physischen Stabilität miteinander verdrillt.

Parasitäre kapazitive Kopplung

Kapazitive Kopplung ist oft unbeabsichtigt, wie die Kapazität zwischen zwei Drähten oder Leiterbahnen , die nebeneinander liegen. Oft kann sich ein Signal kapazitiv mit einem anderen koppeln und scheinbar Rauschen verursachen . Um die Kopplung zu reduzieren, werden Drähte oder Leiterbahnen oft so weit wie möglich getrennt, oder Masseleitungen oder Masseflächen werden zwischen Signalen gelegt, die sich gegenseitig beeinflussen könnten, so dass die Leitungen eher kapazitiv mit Masse als miteinander gekoppelt sind. Steckbretter sind besonders anfällig für diese Probleme, da die langen Metallstücke, die jede Reihe auskleiden , einen Kondensator von mehreren Picofarad zwischen den Reihen bilden. Zum Prototyp Hochfrequenz (10s MHz) oder Hochverstärkungsanalogschaltungen, die oft die Schaltungen über eine Masseebene aufgebaut werden , so dass die Signale Paar auf Masse mehr als zueinander. Wenn ein High - Gain - Verstärker ist Ausgang kapazitiv koppelt an seinen Eingang wird es oft ein elektronischer Oszillator .

Eine Faustregel besagt, dass Treiber in der Lage sein sollten, eine Kapazität von 25 pF zu treiben, was PCB-Leiterbahnen von bis zu 0,30 Metern ermöglicht.

Siehe auch

Verweise

Externe Links