信号結合

部品と材料

• 6ボルトバッテリー
• 1つのコンデンサ、0.22 µF（Radio Shackカタログ番号272-1070または同等のもの）
• 1つのコンデンサ、0.047 µF（Radio Shackカタログ番号272-134または同等のもの）
• 小型の「ホビー」モーター、永久磁石タイプ（Radio Shackカタログ番号273-223または同等品）
• ヘッドホン付きオーディオ検出器
• 電話ケーブルの長さ、数フィートの長さ（Radio Shackカタログ番号278-872）

電話ケーブルは金物店でも購入できます。この実験には、シールドされていない多芯ケーブルで十分です。細い導体のケーブル（電話ケーブルは通常24ゲージ）は、より顕著な効果を生み出します。

相互参照

電気回路の教訓 、第2巻、第7章：「混合周波数AC信号」

電気回路の教訓 、第2巻、第8章：「フィルター」

学習目標

• AC信号を「結合」し、DC信号を測定器にブロックする方法を学ぶために
• ケーブルで漂遊結合がどのように発生するかを学ぶために
• ケーブル間結合を最小限に抑えるための手法を決定する

回路図

イラスト

手順

電話ケーブルの4本の導体のうち2本を使用して、モーターをバッテリーに接続します。モーターは期待どおりに動作するはずです。次に、次のように、0.047 µFのコンデンサを直列に接続して、オーディオ信号検出器をモーター端子間に接続します。

ヘッドホンで「バズ」または「うなり」が聞こえるはずです。これは、ブラシが回転する整流子バーと接触したり切断したりするときにモーターによって生成されるAC「ノイズ」電圧を表します。

直列コンデンサの目的は、ハイパスフィルタとして機能し、検出器がモーターの端子間のAC電圧のみを受け取り、DC電圧を受け取らないようにすることです。これはまさに、オシロスコープがDCバイアス電圧なしで信号のAC含有量を測定するための「AC結合」機能を提供する方法です。コンデンサは1つのテストプローブと直列に接続されています。

理想的には、モーターはバッテリーと直接並列に接続されているため、モーターの端子には純粋なDC電圧しか期待できません。モーターの端子はバッテリーのそれぞれの端子と電気的に共通であり、バッテリーの性質は一定のDC電圧を維持することであるため、モーターの端子にはDC電圧しか現れないはずですよね？

さて、バッテリー内部と導体の長さに沿った抵抗のために、モーターによって引き出された電流パルスは、モーター端子で振動電圧「ディップ」を生成し、検出器によって聞こえるAC「ノイズ」を引き起こします：

オーディオ検出器を使用して、バッテリーの両端の「ノイズ」電圧を直接測定します。この回路では、浮遊抵抗に沿って電圧降下を脈動させることによってACノイズが生成されるため、測定する抵抗が少ないほど、検出する必要のあるノイズ電圧は少なくなります。

単一のケーブル導体の両端の間にオーディオ検出器を接続することにより、モーターに電力を供給する電話ケーブル導体のいずれかに沿って降下するノイズ電圧を測定することもできます。ここで検出されるノイズは、ワイヤの抵抗を通る電流パルスから発生します。

この回路でACノイズがどのように生成され、分散されるかを確認したので、次に、ACノイズがどのように結合されるかを調べてみましょう。 ケーブル内の隣接するワイヤに接続します。オーディオ検出器を使用して、モーター端子の1つと電話ケーブルの未使用のワイヤーの1つとの間の電圧を測定します。とにかく検出器が検出するためにこれらのポイント間にDC電圧がないため、この演習では0.047 µFのコンデンサは必要ありません。

ここで検出されたノイズ電圧は、隣接するケーブル導体間の浮遊容量が原因で、ワイヤ間にAC電流の「パス」が作成されます。電流が実際に通過することはないことを忘れないでください 静電容量ですが、意図的であろうと非意図的であろうと、静電容量の交互の充電および放電動作は、交互を提供します。 現在、ある種の経路です。

未使用のワイヤの1つとモーターと共通のポイントの間で電圧信号を送信しようとすると、その信号はモーターからのノイズ電圧で汚染されます。これは、2つの回路間で結合されたノイズの量と、一方の回路が他方のノイズに対してどれほど敏感であるかによっては、非常に有害になる可能性があります。

この回路の一次結合現象は本質的に容量性であるため、高周波ノイズ電圧は低周波ノイズ電圧よりも強く結合されます。

追加信号がDC信号であり、ACが予期されていない場合、DC信号の導体間に接続された比較的大きなコンデンサでACノイズを「デカップリング」することにより、結合ノイズの問題を軽減できます。次に示すように、この目的には0.22 µFのコンデンサを使用します。

デカップリングコンデンサ これらの2点間のDC電圧信号にまったく影響を与えずに、ACノイズ電圧への実際的な短絡として機能します。デカップリングコンデンサの値がケーブルの導体間の浮遊「カップリング」容量よりも大幅に大きい限り、ACノイズ電圧は最小限に抑えられます。

ケーブルの結合ノイズを最小限に抑える別の方法は、2つの回路が共通の導体を共有しないようにすることです。説明のために、2本の未使用のワイヤーの間にオーディオ検出器を接続し、ノイズ信号を聞きます：

未使用の導体の1つとモーター回路で使用されている導体の間よりも、未使用の導体の2つの間で検出されるノイズがはるかに少ないはずです。このノイズの大幅な削減の理由は、ケーブル導体間の浮遊容量が同じを結合する傾向があるためです。 両方へのノイズ電圧 未使用の導体の割合はほぼ同じです。

したがって、間の電圧を測定する場合 これらの2つの導体では、検出器は2つのほぼ同一のノイズ信号の違いのみを「認識」します。