静電容量結合

容量結合とは、電界によって誘導される回路ノード間の変位電流によって、電気ネットワーク内または離れたネットワーク間でエネルギーが転送されることです。この結合は、意図的または偶発的な影響を及ぼす可能性があります。

最も単純な実装では、容量結合は2つのノードの間にコンデンサを配置することによって実現されます。 ^[1] 回路内の多くのポイントの解析を実行する場合、各ポイントおよびポイント間の静電容量は行列形式で記述できます。

アナログ回路では、結合コンデンサを使用して 2 つの回路を接続し、最初の回路からのAC信号のみが次の回路に通過し、 DCはブロックされます。この技術は、結合された 2 つの回路のDC バイアス設定を分離するのに役立ちます。容量結合はAC 結合とも呼ばれ、この目的で使用されるコンデンサはDC ブロッキング コンデンサとも呼ばれます。

カップリング コンデンサは、DC 負荷が AC 電源に干渉するのを防ぐことができるため、特にクラス A アンプ回路では、追加の抵抗バイアスによって 0 ボルト入力がトランジスタに渡されるのを防ぎ、連続増幅を実現できるため便利です。

容量結合により、容量結合ユニットを含むシステムの低周波ゲインが低下します。各結合コンデンサと次のステージの入力電気インピーダンスがハイパス フィルタを形成し、フィルタのシーケンスによって、カットオフ周波数が各フィルタのカットオフ周波数よりも高くなる可能性が ある累積フィルタが生成されます。

カップリングコンデンサは、低周波で非線形歪みを引き起こすこともあります。高周波ではコンデンサの両端の電圧がゼロに非常に近いため、これは問題になりません。しかし、カップリング容量を通過する信号の周波数がRCカットオフ周波数に比べて低い場合、コンデンサの両端に電圧が発生し、コンデンサの種類によっては静電容量が変化して歪みが発生します。これを回避するには、電圧係数が低いコンデンサの種類を選択し、カットオフ周波数を信号の周波数よりもはるかに低くする大きな値を使用します。^{[2] [3]}

AC 結合は、 DC 成分がゼロのデジタル信号 ( DC バランス信号と呼ばれる) を送信するためにデジタル回路で広く使用されています。DC バランス波形は、AC 結合の電気接続で使用して、接続されたシステムまたはコンポーネント間の電圧不均衡の問題や電荷の蓄積を回避できるため、通信システムで役立ちます。

このため、最近のほとんどのライン コードは、 DC バランスのとれた波形を生成するように設計されています。DC バランスのとれたライン コードの最も一般的なクラスは、定重みコードとペア ディスパリティ コードです。

ギミックループは、2本の近接したワイヤで構成されるシンプルなタイプの容量結合器です。2つのノード間で数ピコファラッドの容量結合を提供します。通常、ワイヤはねじり合わされています。^{[4] [5]}

容量結合は、隣り合う2 本の配線またはPCBトレース間の静電容量など、意図しないものであることがよくあります。1 つの信号が別の信号と容量結合して、ノイズのようなものが発生することがあります。結合を減らすために、配線またはトレースをできるだけ離したり、互いに影響を与える可能性のある信号の間にグランド ラインまたはグランド プレーンを配置して、ラインが互いにではなくグランドに容量結合するようにすることがよくあります。高周波 (数十メガヘルツ) または高ゲインのアナログ回路のプロトタイプでは、多くの場合、不要な結合を制御するためにグランド プレーン上に構築された回路を使用します。高ゲイン アンプの出力が入力に容量結合すると、電子発振器になる可能性があります。

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•  この記事には、連邦規格 1037Cのパブリック ドメイン マテリアルが組み込まれています。一般調達局。2022 年 1 月 22 日にオリジナルからアーカイブされました。( MIL-STD-188 をサポート)。

• ハワードジョンソン：AC カップリングを使用する場合、DC ブロッキング コンデンサの値
• Texas Instruments : 差動 LVPECL、LVDS、HSTL、CML 間の AC 結合 (PDF)