Kytkentäkondensaattori on kondensaattori, jota käytetään kytkemään tai yhdistämään vain vaihtovirtasignaali yhdestä piirielementistä toiseen. Kondensaattori estää DC-signaalin pääsyn toiseen elementtiin ja läpäisee siten vain AC-signaalin.
Kytkentäkondensaattoreiden käyttö
Kytkentäkondensaattorit ovat käyttökelpoisia monenlaisissa piireissä, joissa AC-signaalit ovat haluttuja ulostuloon meneviä signaaleja, kun taas DC-signaaleja käytetään vain virran antamiseen tietyille piirin komponenteille, mutta niiden ei pitäisi näkyä ulostulossa.
Esimerkiksi kytkentäkondensaattoria käytetään tavallisesti äänipiireissä, kuten mikrofonipiireissä. Tasavirtaa käytetään antamaan virtaa piirin osille, kuten mikrofonille, joka tarvitsee tasavirtaa toimiakseen. Piirissä on siis oltava tasavirtasignaaleja virransyöttöä varten. Kun käyttäjä kuitenkin puhuu mikrofoniin,puhe on vaihtovirtasignaali, ja tämä vaihtovirtasignaali on lopulta ainoa signaali, jonka haluamme kulkevan ulos. Kun välitämme vaihtovirtasignaalit mikrofonista lähtölaitteeseen, esimerkiksi kaiuttimiin soitettavaksi tai tietokoneeseen tallennettavaksi, emme halua välittää tasasähkösignaalia; muistakaa, että tasasähkösignaali oli vain piirin osien virransyöttöä varten. Emme halua sen näkyvän lähtötallenteessa. Lähtöön halutaan vain AC-puhesignaali. Joten varmistaaksemme, että vain vaihtovirta kulkee, kun taas tasavirtasignaali estetään, asetamme kytkentäkondensaattorin piiriin.
Kytkentäkondensaattorin sijoittaminen piiriin
Kondensaattorin sijoittamiseksi piiriin vaihtovirtakytkentää varten kondensaattori kytketään sarjaan kytkettävän kuorman kanssa.
Kondensaattori pystyy estämään matalat taajuudet, kuten tasavirran, ja päästämään läpi korkeat taajuudet, kuten vaihtovirran, koska kyseessä on reaktiivinen laite. Se reagoi eri taajuuksiin eri tavoin. Matalataajuisille signaaleille sillä on hyvin suuri impedanssi eli vastus, joten matalataajuisten signaalien läpipääsy estyy. Korkeataajuisille signaaleille sen impedanssi tai vastus on alhainen, joten korkeataajuiset signaalit kulkevat sen läpi helposti.
Kytkentäkondensaattorin arvon valinta
Nyt kun tiedämme, mikä kytkentäkondensaattori on ja miten se sijoitetaan piiriin kytkentää varten, seuraava asia on, miten kytkentäkondensaattorille valitaan sopiva arvo.
Kytkentäkondensaattorin arvo riippuu läpi johdettavan vaihtosignaalin taajuudesta.
Kondensaattorit ovat reaktiivisia laitteita, mikä tarkoittaa, että ne tarjoavat erilaisen impedanssin (tai resistanssin) eritaajuisille signaaleille. Matalataajuisille signaaleille, kuten tasavirralle, jonka taajuus on 0 Hz, kondensaattorit tarjoavat hyvin suuren vastuksen. Näin kondensaattorit pystyvät estämään tasavirtasignaalien kulun sen läpi. Kun signaalin taajuus kuitenkin kasvaa, kondensaattorin vastus vähenee asteittain. Kondensaattorin reaktanssi muuttuu seuraavan kaavan mukaisesti: reaktanssi = 1/2πfC, jossaf on taajuus ja C on kapasitanssi. Voit siis nähdä, että kondensaattorin tarjoama reaktanssi on verrannollinen taajuuteen ja kapasitanssiin.
Sen vuoksi, että kondensaattorit tarjoavat vähemmän reaktanssia korkeammilla taajuuksilla, tarvitaan hyvin pieni kapasitanssin arvo, jotta ne pääsevät läpi. Niinpä hyvin korkeataajuiset signaalit tarvitsevat vain hyvin pieniä kondensaattoreita, kuten pikofaradin (pF) luokkaa.
Kondensaattorit tarjoavat suuremman reaktanssin matalammilla taajuuksilla. Siksi ne tarvitsevat paljon suurempia kapasitanssiarvoja, jotta nämä matalataajuiset signaalit pääsevät läpi. Niinpä matalataajuiset signaalit vaativat kondensaattoreita mikrofaradin alueella.
Kytkentäkondensaattoreita käytetään siis monissa eri sovelluksissa. Yksi yleisimmistä sovelluksista on vahvistimissa. Niitä voidaan kuitenkin käyttää käytännöllisesti katsoen missä tahansa piirissä, joka vaatii tasavirran estoa vaihtovirtakytkennällä, kuten radiotaajuussovelluksissa (RF).
Koska äänitaajuus- ja radiotaajuussovellukset sopivat laajalle taajuusalueelle, joka sisältää taajuuksia hertsistä aina megahertseihin asti, tämä kattaa kaikki kytkentäsovelluksissa tarvittavat taajuudet.
Alhaalla on karkea perusohje kondensaattoreista, joita voidaan käyttää eri taajuuksilla.
100 Hz:n signaalin kytkemiseen voidaan käyttää 10μF:n kondensaattoria.
1000 Hz:n signaalin kytkemiseen voidaan käyttää 1μF:n kondensaattoria.
10KHz:n signaalin kytkemiseen voidaan käyttää 100nF:n kondensaattoria.
100KHz:n signaalille voidaan käyttää 10nF:n kondensaattoria.
1 MHz:n signaalia varten voidaan käyttää 1nF:n kondensaattoria.
10 MHz:n signaalille voidaan käyttää 100pF:n kondensaattoria.
100 MHz:n signaalille voidaan käyttää 10pF:n kondensaattoria.
Tämä on karkea arvio, joka toimii suurimman osan ajasta. Ainoa muuttuja, joka voi vaikuttaa edellä mainittuihin arvoihin, on kondensaattorin rinnalla oleva vastus.
Jos kondensaattorin kanssa rinnan oleva vastus on noin 10KΩ tai vähemmän, kaikki arvot pitävät paikkansa. Yleensä vastus on paljon pienempi kuin tämä määrä.
Jos vastus on kuitenkin suurempi, esimerkiksi 10KΩ ja 100KΩ välillä, voit jakaa yllä olevan kondensaattorin luvun 10:llä; eli voit käyttää vielä pienempää kondensaattoria. On täysin hienoa, jos käytät yllä olevaa kondensaattoria, kytkentä toimii yhtä hyvin. Mutta voisit käyttää vielä pienempää kondensaattoria, koska jos vastus rinnakkain on suurempi, se tekee AC-signaalista valita kondensaattoripolun, joka on paljon helpompi kuin vastuksen polku, koska kondensaattoripolulla on paljon vähemmän vastusta verrattuna vastukseen, jos vastus on suurempi. Joten vastuksen kasvaessa kapasitanssin arvo voi pienentyä. Mutta jälleen, käyttämällä suurempaa kondensaattorin arvoa kuin mitä tarvitaan, ei voisi koskaan vahingoittaa. Pienemmän kondensaattorin käyttäminen voisi.
Tämä on siis tehokas tapa valita kytkentäkondensaattorin arvo. Se mahdollistaa matalataajuisen tai korkeataajuisen kytkennän.
Vaikka kytkentäkondensaattorit läpäisevät AC-signaalit ulostuloon, kytkentäkondensaattorit tekevät melko paljon päinvastoin; kytkentäkondensaattorit shunttaavat AC-signaalit maahan ja läpäisevät DC-signaalin piirissä. Decoupling-kondensaattorit on suunniteltu puhdistamaan DC-signaalit AC-kohinasta.