En koblingskondensator er en kondensator, der bruges til at koble eller sammenkoble kun vekselstrømssignalet fra et kredsløbselement til et andet. Kondensatoren blokerer DC-signalet fra at komme ind i det andet element og lader således kun AC-signalet passere.
Anvendelse af koblingskondensatorer
Koblingskondensatorer er nyttige i mange typer kredsløb, hvor vekselstrømssignaler er de ønskede signaler, der skal udsendes, mens jævnstrømssignaler blot bruges til at levere strøm til visse komponenter i kredsløbet, men ikke skal optræde i udgangen.
For eksempel anvendes en koblingskondensator normalt i et lydkredsløb, f.eks. et mikrofonkredsløb. DC-strøm bruges til at give strøm til dele af kredsløbet, f.eks. mikrofonen, som har brug for DC-strøm for at fungere. Der skal altså være jævnstrømssignaler til stede i kredsløbet med henblik på strømforsyning. Når en bruger taler i mikrofonen, er talen imidlertid et vekselstrømssignal, og dette vekselstrømssignal er det eneste signal, som vi ønsker at få udleveret i den sidste ende. Når vi sender vekselstrømssignalerne fra mikrofonen videre til udgangsenheden, f.eks. højttalere, der skal afspilles, eller en computer, der skal optages, ønsker vi ikke at sende jævnstrømssignalet videre; husk, at jævnstrømssignalet kun skulle forsyne dele af kredsløbet med strøm. Vi ønsker ikke, at det skal dukke op på udgangsoptagelsen. På udgangen vil vi kun have AC-talesignalet. Så for at sikre, at kun AC-signalet passerer, mens DC-signalet er blokeret, placerer vi en koblingskondensator i kredsløbet.
Sådan placeres en koblingskondensator i et kredsløb
For at placere en kondensator i et kredsløb med henblik på vekselstrømskobling forbindes kondensatoren i serie med den belastning, der skal kobles.
En kondensator er i stand til at blokere lave frekvenser, såsom jævnstrøm, og lade høje frekvenser, såsom vekselstrøm, passere, fordi den er en reaktiv enhed. Den reagerer på forskellige frekvenser på forskellige måder. Over for lavfrekvente signaler har den en meget høj impedans eller modstand, så lavfrekvente signaler bliver blokeret fra at passere. For højfrekvente signaler har den en lav impedans eller modstand, så højfrekvente signaler passerer let igennem.
Hvordan man vælger værdien af koblingskondensatoren
Nu da vi ved, hvad en koblingskondensator er, og hvordan den skal placeres i et kredsløb til kobling, er det næste, hvordan man vælger en passende værdi for koblingskondensatoren.
Værdien af koblingskondensatoren afhænger af frekvensen af det vekselstrømssignal, der ledes igennem.
Kondensatorer er reaktive enheder, hvilket betyder, at de tilbyder forskellig impedans (eller modstand) til signaler med forskellige frekvenser. Til lavfrekvente signaler, som f.eks. jævnstrøm med en frekvens på 0 Hz, yder kondensatorer meget høj modstand. Det er på denne måde, at kondensatorer er i stand til at blokere for, at DC-signaler kan passere igennem dem. Men efterhånden som signalets frekvens stiger, yder kondensatoren gradvis mindre modstand. Kondensatorreaktansen ændrer sig i henhold til formlen: reaktans= 1/2πfC, hvorf er frekvensen og C er kapacitansen. Man kan altså se, at den reaktans, som kondensatoren giver, er proportional med frekvensen og kapacitansen.
Da kondensatorer giver mindre reaktans ved højere frekvenser, er der behov for en meget lav kapacitans er værdi for at lade dem passere igennem. Så meget højfrekvente signaler har kun brug for meget små kondensatorer, f.eks. i picofarad (pF)-området.
Kondensatorer giver større reaktans ved lavere frekvenser. Derfor har de brug for meget større kapacitansværdier for at lade disse lavfrekvente signaler passere igennem. Lavfrekvente signaler vil derfor kræve kondensatorer i mikrofarad-området.
Så koblingskondensatorer anvendes i mange forskellige anvendelser. En af de mest almindelige anvendelser er til forstærkere. De kan dog bruges i stort set alle kredsløb, der kræver DC-blokering med AC-kobling, som f.eks. radiofrekvensapplikationer (RF).
Da lydfrekvens- og radiofrekvensanvendelser passer til et bredt frekvensområde, der indebærer frekvenser fra hertz hele vejen til megahertz, dækker dette alle de frekvenser, der er nødvendige for koblingsanvendelser.
Nedenfor er en grundlæggende grov retningslinje for kondensatorer, der kan anvendes til forskellige frekvenser.
Til kobling af et 100 Hz-signal kan der anvendes en kondensator på 10μF.
Til et 1000Hz-signal kan der anvendes en 1μF-kondensator.
Til et 10KHz-signal kan der anvendes en 100nF-kondensator.
Til et 100KHz-signal kan der anvendes en 10nF-kondensator.
Til et 1MHz-signal kan der anvendes en 1nF-kondensator.
Til et 10MHz-signal kan der anvendes en 100pF-kondensator.
Til et 100MHz-signal kan der anvendes en 10pF-kondensator.
Dette er et groft skøn, som vil være effektivt det meste af tiden. Den eneste variabel, der kan påvirke de ovennævnte værdier, er modstanden parallelt med kondensatoren.
Hvis modstanden parallelt med kondensatoren er ca. 10KΩ eller mindre, vil alle værdierne holde stik. Normalt er modstanden meget mindre end dette beløb.
Hvis modstanden imidlertid er større, f.eks. mellem 10KΩ og 100KΩ, kan du dividere ovenstående kondensator med 10; det betyder, at du kan bruge en endnu mindre kondensator. Det er helt fint, hvis du bruger kondensatoren ovenfor, koblingen vil fungere lige så godt. Men du kan bruge en endnu mindre kondensator, for hvis modstanden i parallel er større, får det vekselstrømssignalet til at vælge kondensatorvejen så meget lettere end modstandsvejen, fordi kondensatorvejen har meget mindre modstand i forhold til modstanden, hvis modstanden er større. Så efterhånden som modstanden stiger, kan kapacitansværdien falde. Men igen kan det aldrig skade at bruge en større kondensatorværdi end det nødvendige. Brug af en mindre kondensator kunne det derimod.
Så dette er en effektiv metode til at vælge værdien af en koblingskondensator. Den giver mulighed for lavfrekvent eller højfrekvent kobling.
Mens koblingskondensatorer gennemløber AC-signaler til udgangen, gør afkoblingskondensatorer stort set det modsatte; afkoblingskondensatorer shunter AC-signaler til jord og gennemløber DC-signalet i et kredsløb. Udkoblingskondensatorer er beregnet til at rense DC-signaler for AC-støj.