Een koppelcondensator is een condensator die wordt gebruikt om alleen het wisselspanningssignaal van het ene circuitelement naar het andere te koppelen of aan elkaar te koppelen. De condensator blokkeert dat het DC-signaal het tweede element binnenkomt en geeft dus alleen het AC-signaal door.
Gebruik van Koppelcondensatoren
Koppelcondensatoren zijn nuttig in vele soorten schakelingen waarbij AC-signalen de gewenste uit te voeren signalen zijn, terwijl DC-signalen alleen worden gebruikt om bepaalde componenten in de schakeling van stroom te voorzien, maar niet in de uitgang mogen voorkomen.
Bij voorbeeld, een koppelcondensator wordt gewoonlijk gebruikt in een audiocircuit, zoals een microfooncircuit. Gelijkstroom wordt gebruikt om stroom te geven aan onderdelen van de schakeling, zoals de microfoon, die gelijkstroom nodig heeft om te kunnen werken. Er moeten dus gelijkstroomsignalen in de schakeling aanwezig zijn om deze van stroom te voorzien. Wanneer een gebruiker echter in de microfoon praat, is de spraak een wisselspanningssignaal, en dit wisselspanningssignaal is het enige signaal dat we uiteindelijk naar buiten willen laten gaan. Wanneer we de AC-signalen van de microfoon doorgeven aan het uitgangsapparaat, bijvoorbeeld luidsprekers om af te spelen of een computer om op te nemen, willen we het DC-signaal niet doorgeven; vergeet niet dat het DC-signaal alleen bedoeld was om delen van de schakeling van stroom te voorzien. We willen niet dat het op de uitgangsopname te zien is. Op de uitgang willen we alleen het AC spraaksignaal. Om er zeker van te zijn dat alleen het AC-signaal doorkomt en het DC-signaal wordt geblokkeerd, plaatsen we een koppelcondensator in de schakeling.
Hoe plaats je een koppelcondensator in een schakeling
Om een condensator in een schakeling te plaatsen voor AC-koppeling, wordt de condensator in serie geschakeld met de te koppelen belasting.
Een condensator is in staat om lage frequenties, zoals DC, te blokkeren en hoge frequenties, zoals AC, door te laten omdat het een reactief apparaat is. Hij reageert op verschillende frequenties op verschillende manieren. Op laagfrequente signalen heeft het een zeer hoge impedantie, of weerstand, zodat laagfrequente signalen worden tegengehouden. Op hoogfrequente signalen heeft hij een lage impedantie of weerstand, zodat hoogfrequente signalen gemakkelijk worden doorgelaten.
Hoe de waarde van de koppelcondensator kiezen
Nu we weten wat een koppelcondensator is en hoe hij in een schakeling moet worden geplaatst voor koppeling, is het volgende hoe we een geschikte waarde voor de koppelcondensator kunnen kiezen.
De waarde van de koppelcondensator hangt af van de frequentie van het wisselspanningssignaal dat wordt doorgegeven.
Capacitors zijn reactieve apparaten, wat betekent dat zij een verschillende impedantie (of weerstand) bieden aan signalen van verschillende frequenties. Voor laagfrequente signalen, zoals gelijkstroom met een frequentie van 0Hz, bieden condensatoren een zeer hoge weerstand. Zo kunnen condensatoren voorkomen dat gelijkstroomsignalen er doorheen gaan. Naarmate de frequentie van het signaal echter toeneemt, biedt de condensator steeds minder weerstand. De reactantie van de condensator verandert volgens de formule, reactantie= 1/2πfC, waarbijf de frequentie is en C de capaciteit. Je ziet dus dat de reactantie van de condensator evenredig is met de frequentie en de capaciteit.
Omdat condensatoren bij hogere frequenties minder reactantie bieden, is een zeer lage capaciteitswaarde nodig om ze door te laten. Dus voor zeer hoogfrequente signalen zijn slechts zeer kleine condensatoren nodig, zoals in het picofarad (pF) bereik.
Capacitors hebben een grotere reactantie bij lagere frequenties. Daarom hebben zij veel grotere capaciteitswaarden nodig om deze laagfrequente signalen door te laten. Dus laagfrequente signalen zullen condensatoren in het microfarad bereik nodig hebben.
Zo worden koppelcondensatoren in veel verschillende toepassingen gebruikt. Een van de meest voorkomende toepassingen is voor versterkers. Zij kunnen echter worden gebruikt in praktisch elke schakeling die DC-blokkering met AC-koppeling vereist, zoals radiofrequente (RF) toepassingen.
Aangezien audiofrequentie- en radiofrequentietoepassingen geschikt zijn voor een breed frequentiebereik dat frequenties omvat van hertz tot megahertz, omvat dit alle frequenties die nodig zijn voor koppelingstoepassingen.
Hieronder volgt een ruwe basisrichtlijn van condensatoren die voor diverse frequenties kunnen worden gebruikt.
Voor het koppelen van een 100Hz signaal kan een condensator van 10μF worden gebruikt.
Voor een 1000Hz signaal kan een condensator van 1μF worden gebruikt.
Voor een 10KHz signaal kan een 100nF condensator worden gebruikt.
Voor een 100KHz signaal, kan een 10nF condensator worden gebruikt.
Voor een 1MHz signaal kan een 1nF condensator worden gebruikt.
Voor een 10MHz signaal kan een 100pF condensator worden gebruikt.
Voor een 100MHz signaal, kan een 10pF condensator worden gebruikt.
Dit is een ruwe schatting die het grootste deel van de tijd effectief zal zijn. De enige variabele die de bovenstaande waarden kan beïnvloeden is de weerstand parallel aan de condensator.
Als de weerstand parallel aan de condensator ongeveer 10KΩ of minder is, zullen alle waarden opgaan. Meestal is de weerstand veel kleiner dan dit bedrag.
Als de weerstand echter groter is, zoals tussen 10KΩ en 100KΩ, kunt u de bovenstaande condensator door 10 delen; wat betekent dat u een nog kleinere condensator kunt gebruiken. Het is perfect in orde als u de bovenstaande condensator gebruikt, de koppeling zal net zo goed werken. Maar je kunt zelfs een kleinere condensator gebruiken, want als de weerstand parallel groter is, kiest het AC-signaal veel gemakkelijker het pad van de condensator dan het pad van de weerstand, omdat het pad van de condensator veel minder weerstand heeft vergeleken met dat van de weerstand als de weerstand groter is. Dus als de weerstand toeneemt, kan de waarde van de capaciteit afnemen. Maar, nogmaals, een grotere condensator gebruiken dan nodig is kan nooit kwaad. Het gebruik van een kleinere condensator wel.
Dit is dus een effectieve methode om de waarde van een koppelcondensator te kiezen. Het maakt koppeling met lage of hoge frequentie mogelijk.
Terwijl koppelcondensatoren AC-signalen doorlaten naar de uitgang, doen ontkoppelcondensatoren zo ongeveer het tegenovergestelde; ontkoppelcondensatoren shunten AC-signalen naar de aarde en laten het DC-signaal in een circuit door. Ontkoppelingscondensatoren zijn ontworpen om DC-signalen te zuiveren van AC-ruis.