Ein Kopplungskondensator ist ein Kondensator, der dazu dient, nur das Wechselstromsignal von einem Schaltungselement zum anderen zu koppeln oder zu verbinden. Der Kondensator sperrt das Gleichstromsignal für das zweite Element und lässt somit nur das Wechselstromsignal durch.
Verwendung von Koppelkondensatoren
Koppelkondensatoren sind in vielen Arten von Schaltungen nützlich, bei denen Wechselstromsignale die gewünschten Ausgangssignale sind, während Gleichstromsignale nur dazu dienen, bestimmte Komponenten in der Schaltung mit Strom zu versorgen, aber nicht im Ausgang erscheinen sollen.
Ein Koppelkondensator wird zum Beispiel normalerweise in einem Audio-Schaltkreis, wie einem Mikrofonschaltkreis, verwendet. Gleichstrom wird verwendet, um Teile der Schaltung mit Strom zu versorgen, z. B. das Mikrofon, das Gleichstrom zum Betrieb benötigt. Daher müssen Gleichstromsignale in der Schaltung vorhanden sein, um sie mit Strom versorgen zu können. Wenn jedoch ein Benutzer in das Mikrofon spricht, ist die Sprache ein Wechselstromsignal, und dieses Wechselstromsignal ist das einzige Signal, das wir am Ende weitergeben wollen. Wenn wir die Wechselstromsignale vom Mikrofon an das Ausgabegerät weiterleiten, z. B. an die Lautsprecher, die abgespielt werden sollen, oder an einen Computer, der aufgenommen werden soll, wollen wir das Gleichstromsignal nicht weiterleiten; denken Sie daran, dass das Gleichstromsignal nur dazu diente, Teile des Schaltkreises zu versorgen. Wir wollen nicht, dass es in der Ausgangsaufzeichnung erscheint. Am Ausgang wollen wir nur das AC-Sprachsignal. Um also sicherzustellen, dass nur das Wechselstromsignal durchgelassen wird, während das Gleichstromsignal blockiert wird, setzen wir einen Kopplungskondensator in die Schaltung.
Wie man einen Kopplungskondensator in einer Schaltung platziert
Um einen Kondensator in einer Schaltung für die Wechselstromkopplung zu platzieren, wird der Kondensator mit der zu koppelnden Last in Reihe geschaltet.
Ein Kondensator ist in der Lage, niedrige Frequenzen wie Gleichstrom zu blockieren und hohe Frequenzen wie Wechselstrom durchzulassen, weil er ein reaktives Gerät ist. Er reagiert auf verschiedene Frequenzen auf unterschiedliche Weise. Für niederfrequente Signale hat er eine sehr hohe Impedanz bzw. einen hohen Widerstand, so dass niederfrequente Signale nicht durchgelassen werden. Für hochfrequente Signale hat es eine niedrige Impedanz oder einen niedrigen Widerstand, so dass hochfrequente Signale leicht durchgelassen werden.
Wie man den Wert des Koppelkondensators wählt
Nachdem wir nun wissen, was ein Koppelkondensator ist und wie man ihn in einer Schaltung zur Kopplung einsetzt, geht es nun darum, einen geeigneten Wert für den Koppelkondensator zu wählen.
Der Wert des Koppelkondensators hängt von der Frequenz des durchgelassenen Wechselstromsignals ab.
Kondensatoren sind reaktive Bauelemente, d. h. sie bieten Signalen verschiedener Frequenzen eine unterschiedliche Impedanz (oder einen unterschiedlichen Widerstand). Für niederfrequente Signale, wie Gleichstrom mit einer Frequenz von 0 Hz, bieten Kondensatoren einen sehr hohen Widerstand. So können Kondensatoren Gleichstromsignale daran hindern, sie zu durchdringen. Mit zunehmender Frequenz des Signals nimmt der Widerstand des Kondensators jedoch immer mehr ab. Der Blindwiderstand eines Kondensators ändert sich nach der Formel: Blindwiderstand = 1/2πfC, wobeif die Frequenz und C die Kapazität ist. Man sieht also, dass der Blindwiderstand des Kondensators proportional zur Frequenz und zur Kapazität ist.
Da Kondensatoren bei höheren Frequenzen einen geringeren Blindwiderstand bieten, ist ein sehr niedriger Kapazitätswert erforderlich, um sie durchzulassen. So benötigen sehr hochfrequente Signale nur sehr kleine Kondensatoren, etwa im Picofarad-Bereich (pF).
Kondensatoren bieten bei niedrigeren Frequenzen einen größeren Blindwiderstand. Daher benötigen sie viel größere Kapazitätswerte, um diese niederfrequenten Signale durchzulassen. Für niederfrequente Signale werden also Kondensatoren im Mikrofarad-Bereich benötigt.
Kopplungskondensatoren werden also in vielen verschiedenen Anwendungen eingesetzt. Eine der häufigsten Anwendungen ist der Einsatz in Verstärkern. Sie können jedoch praktisch in jeder Schaltung verwendet werden, die eine Gleichstromsperre mit Wechselstromkopplung erfordert, wie z. B. bei Hochfrequenzanwendungen.
Da Tonfrequenz- und Hochfrequenzanwendungen einen breiten Frequenzbereich abdecken, der Frequenzen von Hertz bis Megahertz umfasst, deckt dies alle Frequenzen ab, die für Kopplungsanwendungen erforderlich sind.
Nachfolgend finden Sie eine grobe Richtlinie von Kondensatoren, die für verschiedene Frequenzen verwendet werden können.
Für die Kopplung eines 100Hz-Signals kann ein 10μF-Kondensator verwendet werden.
Für ein 1000Hz-Signal kann ein 1μF-Kondensator verwendet werden.
Für ein 10KHz-Signal kann ein 100nF-Kondensator verwendet werden.
Für ein 100KHz-Signal kann ein 10nF-Kondensator verwendet werden.
Für ein 1MHz-Signal kann ein 1nF-Kondensator verwendet werden.
Für ein 10MHz-Signal kann ein 100pF-Kondensator verwendet werden.
Für ein 100MHz-Signal kann ein 10pF-Kondensator verwendet werden.
Dies ist eine grobe Schätzung, die in den meisten Fällen zutreffend ist. Die einzige Variable, die die obigen Werte beeinflussen könnte, ist der Widerstand parallel zum Kondensator.
Wenn der Widerstand parallel zum Kondensator etwa 10KΩ oder weniger beträgt, werden alle Werte zutreffen. Normalerweise ist der Widerstand viel kleiner als dieser Wert.
Wenn der Widerstand jedoch größer ist, z. B. zwischen 10KΩ und 100KΩ, können Sie den oben genannten Kondensator durch 10 teilen, d. h. Sie können sogar einen kleineren Kondensator verwenden. Es ist völlig in Ordnung, wenn Sie den obigen Kondensator verwenden, die Kopplung wird genauso gut funktionieren. Sie können aber auch einen kleineren Kondensator verwenden, denn wenn der Parallelwiderstand größer ist, wählt das Wechselstromsignal den Kondensatorpfad viel leichter als den Widerstandspfad, weil der Kondensatorpfad im Vergleich zum Widerstand einen viel geringeren Widerstand hat, wenn der Widerstand größer ist. Wenn also der Widerstand steigt, kann der Kapazitätswert sinken. Aber auch hier kann es nicht schaden, einen größeren Kondensator zu verwenden, als benötigt wird. Die Verwendung eines kleineren Kondensators hingegen schon.
Dies ist also eine wirksame Methode zur Auswahl des Wertes eines Koppelkondensators. Sie ermöglicht eine niederfrequente oder hochfrequente Kopplung.
Während Koppelkondensatoren Wechselstromsignale zum Ausgang durchleiten, bewirken Entkopplungskondensatoren so ziemlich das Gegenteil; Entkopplungskondensatoren leiten Wechselstromsignale zur Erde und leiten das Gleichstromsignal in einer Schaltung durch. Entkopplungskondensatoren sind dazu da, Gleichstromsignale von Wechselstromstörungen zu reinigen.