Signaal K oppeling: AC Ruisonderdrukking in Telefoonkabels Begrijpen

ONDERDELEN EN MATERIALEN

• 6 V batterij
• 0,22 µF condensator (Radio Shack catalogus #272‑1070 of equivalent)
• 0,047 µF condensator (Radio Shack catalogus #272‑134 of equivalent)
• Kleine hobby motor, permanent‑magnet type (Radio Shack catalogus #273‑223 of equivalent)
• Audio detector met koptelefoons
• Verschillende voet telefoonkabel (Radio Shack catalogus #278‑872) – elk ongeschermd multileidingkabel werkt; dunner geleiders (≈24‑AWG) versterken het effect.

Telefoonkabel is wijdverspreid beschikbaar in bouwmarkten. Elk ongeschermd multileidingkabel is prima, maar hoe fijn de geleiders, hoe uitgesprokener de waargenomen koppeling.

NASLAGWERKEN

• Lessons In Electric Circuits, Volume 2, hoofdstuk 7: "Mixed‑Frequency AC Signals"
• Lessons In Electric Circuits, Volume 2, hoofdstuk 8: "Filters"

LEERDOELEN

• Demonstreren hoe AC signalen gekoppeld kunnen worden terwijl DC geblokkeerd wordt van een meetapparaat.
• Laten zien hoe streukoppeling ontstaat in kabels.
• Praktische technieken identificeren om inter‑kabelkoppeling te reduceren.

SCHEMA

ILLUSTRATIE

INSTRUCTIES

1. Sluit de motor aan op de batterij met behulp van twee van de vier geleiders van de telefoonkabel. De motor zou normaal moeten draaien.
2. Plaats de audio detector over de motorklemmen, met de 0,047 µF condensator in serie zoals getoond:

3. U zou een zoem of whine door de koptelefoons moeten horen – dit is de AC ruis gegenereerd door de borstels die de kommutator aanspreken.

De seriecondensator fungeert als een high‑pass filter, wat alleen AC naar de detector toelaat terwijl de DC component afgewezen wordt. Oscilloscopen gebruiken hetzelfde principe voor AC‑koppeling: een condensator wordt in serie met de meetpen geplaatst.

4. In theorie zouden de motorklemmen zuiver DC moeten zien omdat ze direct parallel met de batterij staan. Echter, interne batterijweerstand en de weerstand van de kabelgeleiders creëren spanningsdips wanneer de motor stroompulsen trekt. Deze dips manifesteren zich als AC ruis aan de motorklemmen:

5. Om te verifiëren, meet de ruisspanning direct over de batterijklemmen met de audio detector. Hoe kleiner de weerstand tussen de punten, hoe lager de gedetecteerde ruis:

6. U kunt ook de ruis langs een enkele telefoonkabelgeleider meten door de detector tussen de twee uiteinden aan te sluiten. De ruis ontstaat door de stroompulsen die door die geleiders weerstand vloeien:

7. Vervolgens verkennen hoe de AC ruis koppelt aan aangrenzende draden. Meet de spanning tussen één motorklem en een ongebruikte kabelgeleider. Geen seriecondensator is nodig omdat geen DC bestaat tussen deze punten:

De gedetecteerde spanning stamt van streucapaciteit tussen aangrenzende geleiders, wat een pad biedt voor wisselstroom zelfs geen lading door de condensator zelf vloeit.

Streukoppeling kan signalen verzonden langs een ongebruikte geleider verontreinigen, vooral als dat signaal gevoelig is voor de geïnduceerde ruis.

Omdat capacitieve koppeling sterker is bij hogere frequenties, zal AC ruis op hogere frequenties sterker gekoppeld worden.

Om ruis op een DC signaal te mitigeren, voeg een grotere condensator over de twee geleiders toe. De 0,22 µF condensator fungeert als ontkoppelcondensator, die een lage impedantie aan AC presenteert terwijl DC ongewijzigd blijft:

7. Een andere effectieve strategie is het vermijden van het delen van een gemeenschappelijke geleider tussen circuits. Meet de ruis tussen de twee ongebruikte geleiders; het zou veel lager moeten zijn omdat de streucapaciteit bijna identieke ruisspanningen aan beide geleiders koppelt, wat uithaalbaar is wanneer het verschil genomen wordt: