Sprzęgło pojemnościowe - Capacitive coupling
Sprzężenie pojemnościowe to transfer energii w obrębie sieci elektrycznej lub między sieciami odległymi za pomocą prądu przesunięcia między węzłami obwodu (obwodów) , indukowanego przez pole elektryczne. To sprzężenie może mieć celowy lub przypadkowy skutek.
W najprostszej realizacji sprzężenie pojemnościowe uzyskuje się poprzez umieszczenie kondensatora między dwoma węzłami. W przypadku analizy wielu punktów w obwodzie pojemność w każdym punkcie i pomiędzy punktami można opisać w postaci macierzowej .
Zastosowanie w obwodach analogowych
W obwodach analogowych kondensator sprzęgający służy do łączenia dwóch obwodów w taki sposób, że tylko sygnał prądu przemiennego z pierwszego obwodu może przejść do następnego, gdy prąd stały jest zablokowany. Ta technika pomaga odizolować ustawienia polaryzacji DC dwóch sprzężonych obwodów. Sprzężenie pojemnościowe jest również znane jako sprzężenie AC, a kondensator używany do tego celu jest również znany jako kondensator blokujący DC .
Zdolność kondensatora sprzęgającego do zapobiegania zakłóceniom obciążenia prądu stałego ze źródłem prądu przemiennego jest szczególnie przydatna w obwodach wzmacniacza klasy A, ponieważ zapobiega przekazywaniu wejścia 0 V do tranzystora z dodatkowym polaryzacją rezystora; tworzenie ciągłego wzmocnienia.
Sprzężenie pojemnościowe zmniejsza wzmocnienie niskich częstotliwości systemu zawierającego jednostki połączone pojemnościowo. Każdy kondensator sprzęgający wraz z wejściową impedancją elektryczną następnego stopnia tworzy filtr górnoprzepustowy, a sekwencja filtrów skutkuje filtrem skumulowanym o częstotliwości -3 dB, która może być wyższa niż w przypadku każdego pojedynczego filtra. Tak więc, aby uzyskać odpowiednią odpowiedź niskoczęstotliwościową, zastosowane kondensatory muszą mieć wysoką pojemność znamionową. Powinny być na tyle wysokie, aby reaktancja każdego z nich wynosiła co najwyżej jedną dziesiątą impedancji wejściowej każdego stopnia, przy najniższej częstotliwości zainteresowania. Zobacz Mostkowanie impedancji .
Kondensatory sprzęgające mogą również wprowadzać zniekształcenia nieliniowe przy niskich częstotliwościach. Nie jest to problem przy wysokich częstotliwościach, ponieważ napięcie na kondensatorze pozostaje bardzo bliskie zeru. Jeśli jednak pozwoli się na przejście sygnału przez sprzężenie, które jest niskie w stosunku do częstotliwości odcięcia RC , na kondensatorze może pojawić się napięcie, co w przypadku niektórych typów kondensatorów powoduje zmiany pojemności, prowadząc do zniekształceń. Można tego uniknąć, wybierając typy kondensatorów o niskim współczynniku napięcia i stosując duże wartości, które powodują, że częstotliwość odcięcia jest znacznie niższa niż częstotliwości sygnału.
Te wady pojemnościowo sprzężonych obwodów wzmacniaczy tranzystorowych spolaryzowanych prądem stałym są w dużej mierze zminimalizowane w konstrukcjach ze sprzężeniem bezpośrednim .
Zastosowanie w obwodach cyfrowych
Sprzężenie prądu przemiennego jest również szeroko stosowane w obwodach cyfrowych do przesyłania sygnałów cyfrowych o zerowej składowej DC , znanych jako sygnały symetryczne DC . Przebiegi symetryczne DC są przydatne w systemach komunikacyjnych, ponieważ mogą być używane przez połączenia elektryczne sprzężone z prądem przemiennym, aby uniknąć problemów z nierównowagą napięcia i akumulacji ładunku między podłączonymi systemami lub komponentami.
Z tego powodu większość nowoczesnych kodów liniowych jest zaprojektowana do wytwarzania przebiegów symetrycznych DC. Najpopularniejszymi klasami symetrycznych kodów liniowych DC są kody o stałej wadze i sparowane kody rozbieżności .
Sztuczka pętla
Pętli chwyt jest prosty łącznik typu pojemnościowego: dwa rozmieszczone blisko siebie pasm drutu. Zapewnia pojemnościowe sprzężenie kilku pikofaradów między dwoma węzłami. Czasami przewody są skręcone ze sobą, aby zapewnić stabilność fizyczną.
Pasożytnicze sprzężenie pojemnościowe
Sprzężenie pojemnościowe jest często niezamierzone, takie jak pojemność między dwoma przewodami lub ścieżkami PCB, które znajdują się obok siebie. Często jeden sygnał może sprzęgać się pojemnościowo z drugim i powodować coś, co wydaje się być szumem . Aby zmniejszyć sprzężenie, przewody lub ścieżki są często odseparowane tak bardzo, jak to możliwe, lub linie uziemienia lub płaszczyzny uziemienia są prowadzone pomiędzy sygnałami, które mogą wpływać na siebie nawzajem, tak że linie są pojemnościowo połączone z uziemieniem, a nie ze sobą. Łączeniowe są szczególnie podatne na te kwestie z powodu długich kawałków metalu wyściełających każdym rzędzie tworząc kondensator kilka-picofarad między wierszami. Aby stworzyć prototyp obwodów analogowych o wysokiej częstotliwości (10s MHz) lub o dużym wzmocnieniu , często obwody te są budowane na płaszczyźnie uziemienia, tak aby sygnały sprzęgały się z uziemieniem bardziej niż ze sobą. Jeśli wyjście wzmacniacza o wysokim wzmocnieniu sprzęga się pojemnościowo z jego wejściem, często staje się on oscylatorem elektronicznym .
Jedna zasada mówi, że sterowniki powinny być w stanie wysterować 25 pF pojemności, co pozwala na śledzenie PCB do 0,30 metra.
Zobacz też
Bibliografia
-
Ten artykuł zawiera materiał z domeny publicznej z dokumentu General Services Administration : „Federal Standard 1037C” .(na poparcie MIL-STD-188 )