Kopling Sinyal: Memahami Kebisingan AC dalam Kabel Telepon

BAHAN DAN MATERI

• Baterai 6 V
• Kapasitor 0,22 µF (katalog Radio Shack #272-1070 atau setara)
• Kapasitor 0,047 µF (katalog Radio Shack #272-134 atau setara)
• Motor hobi kecil, tipe magnet permanen (katalog Radio Shack #273-223 atau setara)
• Detektor audio dengan headphone
• Beberapa kaki kabel telepon (katalog Radio Shack #278-872) – kabel multiconductor tanpa pelindung apa pun akan bekerja; konduktor yang lebih tipis (≈24-AWG) memperkuat efek yang diamati.

Kabel telepon tersedia luas di toko bahan bangunan. Menggunakan kabel multiconductor tanpa pelindung apa pun baik-baik saja, namun semakin halus konduktor, semakin mencolok efek kopling yang diamati.

REFERENSI SILANG

• Lessons In Electric Circuits, Volume 2, bab 7: “Sinyal AC Frekuensi Campuran”
• Lessons In Electric Circuits, Volume 2, bab 8: “Filter”

TUJUAN PEMBELAJARAN

• Menunjukkan bagaimana sinyal AC dapat dikople sementara DC dicegah dari perangkat pengukuran.
• Menunjukkan bagaimana kopling yang menyebar timbul dalam kabel.
• Mengidentifikasi teknik praktis untuk mengurangi kopling antar-kabel.

DIAGRAM SKEMATIK

ILUSTRASI

INSTRUKSI

1. Hubungkan motor ke baterai menggunakan dua dari empat konduktor kabel telepon. Motor harus berjalan normal.

2. Tempatkan detektor audio di seluruh terminal motor, sisipkan kapasitor 0,047 µF secara seri seperti yang ditunjukkan:

3. Anda harus mendengar nada dengungan atau dengungan melalui headphone – ini adalah kebisingan AC yang dihasilkan oleh kuas yang terlibat dengan komutator.

Kapasitor secara seri bertindak sebagai filter high-pass, mengizinkan hanya AC yang mencapai detektor sambil menolak komponen DC. Osiloskop menggunakan prinsip yang sama untuk AC-coupling: kapasitor disisipkan secara seri dengan probe.

4. Dalam teori, terminal motor harus melihat DC murni karena mereka secara paralel langsung dengan baterai. Namun, resistensi internal baterai dan resistensi konduktor kabel menciptakan penurunan tegangan saat motor menarik arus pulsa. Penurunan ini muncul sebagai kebisingan AC di terminal motor:

5. Untuk memverifikasi, ukur tegangan kebisingan secara langsung di seluruh terminal baterai dengan detektor audio. Semakin kecil resistensi di antara titik, semakin rendah kebisingan yang terdeteksi:

6. Anda juga dapat mengukur kebisingan di sepanjang satu konduktor kabel telepon dengan menghubungkan detektor di antara kedua ujungnya. Kebisingan timbul dari arus pulsa yang mengalir melalui resistensi konduktor tersebut:

7. Selanjutnya, jelajahi bagaimana kebisingan AC kople ke kabel yang berdekatan. Ukur tegangan di antara satu terminal motor dan konduktor kabel yang tidak digunakan. Tidak diperlukan kapasitor seri karena tidak ada DC di antara titik-titik ini:

Tegangan yang terdeteksi berasal dari kapasitansi yang menyebar di antara konduktor yang berdekatan, yang menyediakan jalur untuk arus bolak-balik meskipun tidak ada muatan yang mengalir melalui kapasitor itu sendiri.

Kopling yang menyebar dapat mencemarkan sinyal yang dikirim di sepanjang konduktor yang tidak digunakan, terutama jika sinyal itu sensitif terhadap kebisingan yang diinduksi.

Karena kopling kapasitif lebih kuat pada frekuensi yang lebih tinggi, kebisingan AC pada frekuensi yang lebih tinggi akan lebih kuat dikople.

Untuk mengurangi kebisingan pada sinyal DC, tambahkan kapasitor yang lebih besar di seluruh dua konduktor. Kapasitor 0,22 µF berfungsi sebagai kapasitor decoupling, menyediakan impedansi rendah untuk AC sambil membiarkan DC tidak berubah:

7. Strategi efektif lain adalah menghindari berbagi konduktor umum di antara rangkaian. Ukur kebisingan di antara dua konduktor yang tidak digunakan; seharusnya jauh lebih rendah karena kapasitansi yang menyebar mengkople tegangan kebisingan yang hampir identik ke kedua konduktor, yang saling membatalkan saat selisih diambil: