信号耦合：理解电话线缆中的交流噪声
零件与材料
- 6V 电池
- 0.22µF 电容（Radio Shack #272-1070 或同等）
- 0.047µF 电容（Radio Shack #272-134 或同等）
- 小型永磁爱好电机（Radio Shack #273-223 或同等）
- 带耳机音频检测器
- 数英尺电话线（Radio Shack #278-872）— 任何非屏蔽多芯线均可；细导线（≈24AWG）效果更明显
电话线五金店广泛销售。任何非屏蔽多芯线均可，但导线越细，观察到的耦合效应越强。
参考文献
- 《电路课程》第二卷，第七章："Mixed-Frequency AC Signals"（混频交流信号）
- 《电路课程》第二卷，第八章："Filters"（滤波器）
学习目标
- 演示交流信号如何耦合而直流被测量装置阻隔
- 展示电缆中杂散耦合产生机制
- 识别减少线间耦合的实用技术
原理图
实物接线图
实验步骤
- 用电话线四芯线中两根连接电机和电池。电机正常运转。
- 将音频检测器跨接电机端子，串联 0.047µF 电容，如图：
3. 耳机中应听到嗡嗡声或啸叫声——这是电刷换向产生的交流噪声。
串联电容作高通滤波器，仅通交流阻直流。示波器 AC 耦合原理相同：探头串联电容。
- 理论上电机端子并联电池应为纯直流。但电池内阻和线缆导线电阻导致电机脉冲电流产生电压跌落，这些跌落表现为端子上交流噪声：
- 验证：用音频检测器直接测电池端子噪声。两点间电阻越小，检测噪声越低：
- 也可测单根电话线导线两端噪声。噪声源自电流脉冲流经导线电阻：
- 探究交流噪声如何耦合到相邻导线。测量一电机端子与一闲置导线间电压。无需串联电容，因两点间无直流：
检测到的电压源自相邻导线间杂散电容，为交流电流提供路径，尽管电容本身无电荷流过。
杂散耦合会污染闲置导线传输的信号，尤其当信号对感应噪声敏感时。
因容性耦合随频率升高而增强，高频交流噪声耦合更强。
为减轻直流信号噪声，可在两导线间并联大电容。0.22µF 电容作去耦电容，对交流呈低阻抗、直流不变：
- 另一有效策略是避免电路共用公共导线。测量两闲置导线间噪声；应远低于前例，因杂散电容向两导线耦合近乎相同噪声电压，差分测量时相互抵消：
工业技术