詳解耦合電路的原理、功能以及種類
發(fā)布時(shí)間:2019-05-24 責(zé)任編輯:lina
【導(dǎo)讀】多級(jí)放大器中,每一級(jí)放大器之間是相對(duì)獨(dú)立的,要將一級(jí)級(jí)放大器之間連接起來,級(jí)間耦合電路不可缺少。
耦合電路功能和電路種類
多級(jí)放大器中,每一級(jí)放大器之間是相對(duì)獨(dú)立的,要將一級(jí)級(jí)放大器之間連接起來,級(jí)間耦合電路不可缺少。
1.耦合電路功能
對(duì)耦合電路的要求是,對(duì)信號(hào)的損耗愈小愈好。有時(shí),耦合電路不僅起級(jí)間的信號(hào)耦合作用,還要對(duì)信號(hào)進(jìn)行一些處理,主要有以下幾種情況。
(1)通過耦合電路將兩級(jí)放大器之間的直流電路隔離,這是最常用的功能之一。
(2)通過耦合電路獲得兩個(gè)電壓大小相等、相位相反的信號(hào)。
(3)通過耦合電路對(duì)信號(hào)的電壓進(jìn)行提升或衰減。
(4)通過耦合電路對(duì)前級(jí)和后級(jí)放大器之間進(jìn)行阻抗的匹配。
2.耦合電路種類
多級(jí)放大器中的耦合電路主要有下列幾種。
(1)阻容耦合電路中采用電容器進(jìn)行交流信號(hào)的耦合。這是最常用的耦合電路。電容器具有隔直通交的特性,在讓交流信號(hào)耦合到下一級(jí)放大器的同時(shí),將前一級(jí)的直流電流隔離。這種電路廣泛用于多級(jí)交流放大器中。
(2)直接耦合電路中沒有耦合元器件。直接將前級(jí)放大器的輸出端與后級(jí)放大器的輸入端相連,這也是一種常見的耦合電路。直接耦合電路可以用于多級(jí)交流放大器中,也可用于多級(jí)直流放大器中,在多級(jí)直流放大器中必須采用這種耦合電路。
(3)變壓器耦合電路中采用變壓器作為耦合元件。變壓器也具有隔直通交特性,所以這種耦合電路與電容器耦合電路相似,同時(shí)由于耦合變壓器具有阻抗變換等特性,所以變壓器耦合電路變化形式很豐富。變壓器耦合電路主要用于一些中頻放大器、調(diào)諧放大器和音頻功率放大器的輸出級(jí)中。
阻容耦合電路工作原理分析與理解
前面在介紹多級(jí)放大器時(shí)已多次講述了耦合電容,當(dāng)兩級(jí)放大器之間采用耦合電容時(shí),兩級(jí)放大器之間采用阻容耦合電路。阻容耦合電路由電阻和電容構(gòu)成,但是在電路中只能直接看出耦合電容,看不到電阻??梢杂萌鐖D2-6所示阻容耦合電路的等效電路來說明這種耦合電路的工作原理。
圖2-1 阻容耦合電路等效電路
1.等效電路分析
關(guān)于阻容耦合電路等效電路的工作原理主要說明下列幾點(diǎn)。
(1)電路中的C1是耦合電容,ri是后一級(jí)放大器的輸入阻抗。阻容耦合電路中所說的電阻是下一級(jí)放大器的輸入阻抗ri,電容是C1。
(2)從圖中可以看出這是一個(gè)電容、電阻構(gòu)成的典型分壓電路,加到這一分壓電路中的輸入信號(hào)Ui是前一級(jí)放大器的輸出信號(hào)。從這一分壓電路輸出的信號(hào)是Uo,這也就是加到后一級(jí)三極管基極上的輸入信號(hào),這一信號(hào)愈大,說明耦合電路對(duì)信號(hào)的損耗愈小。
(3)根據(jù)分壓電路特性可知,當(dāng)放大器輸入阻抗ri大小一定時(shí)(通常它不變化),耦合電容C1容量大,其容抗小,輸出信號(hào)Uo大,即在耦合電容C1上的信號(hào)損耗小。所以,要求耦合電容的容量要足夠大,這樣信號(hào)通過耦合電容時(shí)損耗才小。
2.幾點(diǎn)說明
關(guān)于阻容耦合電路還要說明以下幾個(gè)問題。
(1)當(dāng)放大器的輸入阻抗比較大時(shí),可以適當(dāng)減小耦合電容的容量,這一點(diǎn)通過分壓電路的特性很容易理解。降低耦合電容C1的容量,對(duì)降低耦合電容的漏電電流有利,因?yàn)殡娙莸娜萘坑螅渎╇婋娏骶陀?,放大器的噪聲就愈?耦合電容的漏電流就是電路噪聲),特別是輸入級(jí)放大器的輸入端耦合電容要盡可能小。
(2)耦合電容對(duì)低頻信號(hào)容抗比中頻和高頻信號(hào)的容抗要大,所以阻容耦合電路對(duì)低頻信號(hào)是不利的,當(dāng)耦合電容的容量不夠大時(shí),低頻信號(hào)首先受到衰減,說明阻容耦合電路的低頻特性不好。
(3)耦合電容具有隔直作用,所以采用阻容耦合的放大器不能放大直流信號(hào),對(duì)頻率很低的交流信號(hào)耦合電容的容抗太大也不能有效放大。
(4)在不同工作頻率的放大器中,由于放大器所放大的信號(hào)頻率不同,對(duì)耦合電容的容量大小要求也不同。音頻放大器中,一般耦合電容的容量在1~10μF之間。為了降低電容漏電電流,愈是處于前級(jí)的耦合電容,其容量要求愈小。
(5)圖2-2所示是一種變形阻容耦合電路,即在耦合電容C1回路中串聯(lián)一只電阻R1,該電阻一般為2kΩ。這種變形阻容耦合電路在一些性能較好的音頻放大器中常見到。這一耦合電路的作用同普通阻容耦合電路基本一樣,只是電阻R1可以用來防止可能出現(xiàn)的高頻自激。
圖2-2 變形阻容耦合電路
直接耦合電路工作原理分析與理解
在雙管直接耦合放大器中介紹了直接耦合電路。直接耦合電路的特點(diǎn)是前級(jí)放大器輸出端與后級(jí)放大器輸入端之間沒有耦合元器件。
直接耦合電路讓交流電流通過的同時(shí),也可以讓直流電流通過,這是這種耦合電路的特點(diǎn),所以直接耦合放大器可以用來放大直流信號(hào),而且低頻特性好。
直接耦合電路的缺點(diǎn)是,由于直流電流也能通過,參加耦合的各級(jí)放大器直流電路相互牽制,這對(duì)電路故障修理不利。
變壓器耦合電路工作原理分析與理解
變壓器耦合電路的具體電路形式有多種。
1.變壓器耦合電路之一
圖2-3所示是一種變壓器耦合電路。電路中,VT1和VT2構(gòu)成兩級(jí)放大器;T1是一個(gè)耦合變壓器,L1是它的一次繞組,一次繞組有一個(gè)抽頭,L2是它的二次繞組,這一耦合變壓器T1只有一組二次繞組。
圖2-3 變壓器耦合電路之一
關(guān)于這一變壓器耦合電路的工作原理主要說明下列幾點(diǎn)。
(1)VT1 集電極信號(hào)電流流過T1 一次繞組L1抽頭以下繞組,根據(jù)變壓器原理可知,T1二次繞組兩端便有輸出信號(hào)電壓,這一輸出信號(hào)電壓加到VT2基極回路。其信號(hào)電流回路是:二次繞組L2上端→VT2基極→VT2發(fā)射極→發(fā)射極旁路電容C7→地線→電容C4→二次繞組L2下端,通過二次繞組L2成回路,完成信號(hào)的傳輸。
(2)對(duì)于直流電流而言,由于T1一次繞組和二次繞組之間是絕緣的,這樣VT1直流電路與VT2所在的直流電路相互隔離,這一特性同阻容耦合電路相同。
(3)變壓器耦合電路的低頻特性不好,這是因?yàn)轳詈献儔浩鞯囊淮卫@組是VT1集電極負(fù)載,由于繞組的感抗與頻率成正比,這樣當(dāng)信號(hào)頻率低時(shí)感抗小,VT1集電極負(fù)載電阻小,電壓放大倍數(shù)較小(集電極負(fù)載電阻小時(shí)放大器電壓放大倍數(shù)小),顯然變壓器耦合電路的低頻特性不佳。另外,當(dāng)信號(hào)的頻率高到一定程度時(shí),由于耦合變壓器T1存在各種高頻的能量損耗,高頻信號(hào)受到損失,所以這種耦合電路的高頻特性也不好。
2.變壓器耦合電路之二
圖2-4所示是另一種變壓器耦合電路,這一電路與前面電路的不同點(diǎn)是:耦合變壓器T1二次繞組有一個(gè)中心抽頭,而中心抽頭通過電容C3交流接地,這樣二次繞組L2上端、下端的信號(hào)電壓相位相反。
圖2-4 變壓器耦合電路之二
關(guān)于這一變壓器耦合電路的工作原理主要說明下列幾點(diǎn)。
(1)當(dāng)二次繞組L2上端信號(hào)為正半周期間,L2繞組的下端信號(hào)為負(fù)半周期間;當(dāng)L2上端信號(hào)為負(fù)半周期間,L2下端信號(hào)為正半周期間。
(2)由于這一耦合變壓器T1二次繞組L2有一個(gè)中心抽頭,這樣二次繞組能夠輸出大小相等、相位相反的兩個(gè)信號(hào),即L2上端與抽頭之間繞組輸出一個(gè)信號(hào)加到VT2基極,L2抽頭與下端之間繞組輸出另一個(gè)相位相反的信號(hào)加到VT3基極。VT2和VT3基極上的交流信號(hào)電壓波形如圖2-4中所示。
(3)由于VT2和VT3都是NPN型三極管,加到VT2和VT3基極的信號(hào)電壓大小相等,相位相反。這樣在VT2基極為正半周信號(hào)而使VT2導(dǎo)通、放大時(shí),VT3基極為負(fù)半周信號(hào)而使VT3截止;在VT2基極為負(fù)半周信號(hào)而使VT2截止時(shí),VT3基極為正半周信號(hào)而使VT3導(dǎo)通、放大。
(4)VT2基極信號(hào)電流回路是:二次繞組L2上端→VT2基極→VT2發(fā)射極→地端→C3→二次繞組L2抽頭,通過L2抽頭以上繞組成回路。
(5)VT3基極信號(hào)電流回路是:二次繞組L2下端→VT3基極→VT3發(fā)射極→地端→C3→二次繞組L2抽頭,通過L2抽頭以下繞組成回路。
3.變壓器耦合電路之三
圖2-5所示是另一種變壓器耦合電路,這一電路與上一個(gè)電路的不同之處是:耦合變壓器有兩組獨(dú)立的二次繞組L2和L3,兩組繞組的匝數(shù)相等,這樣耦合變壓器也能輸出大小相等、相位可以相反的兩個(gè)信號(hào)。兩組二次繞組輸出的信號(hào)電壓分別加到VT2和VT3基極,兩管基極上的信號(hào)電壓波形如圖2-4中所示。
由電路中二次繞組L2和L3的同名端標(biāo)記可知,當(dāng)L2的上端信號(hào)為正半周期間,VT2導(dǎo)通、放大信號(hào),此時(shí)L3的下端信號(hào)為負(fù)半周,使VT3截止。
圖2-5 變壓器耦合電路之三
當(dāng)信號(hào)變化到另一個(gè)半周時(shí),L2的上端為負(fù)半周信號(hào),L3的上端為正半周信號(hào),VT3導(dǎo)通、放大。
電路分析小結(jié)
(1)分辨直接耦合電路、阻容耦合電路和變壓器耦合電路很簡(jiǎn)單,當(dāng)級(jí)間有電容連接時(shí)為阻容耦合電路,當(dāng)級(jí)間有變壓器時(shí)為變壓器耦合電路,當(dāng)級(jí)間沒有元器件時(shí)為直接耦合電路。
(2)能夠放大直流信號(hào)的放大器中,一定要采用直接耦合電路。當(dāng)然直接耦合的放大器也能夠放大交流信號(hào),許多交流放大器中就是采用直接耦合電路。
(3)采用阻容耦合或變壓器耦合的放大器,由于級(jí)間的直流電路是相互隔離的,所以修理起來比較方便。
(4)從頻率特性角度來講,直接耦合電路性能最好,但不方便修理。
(5)阻容耦合、變壓器耦合放大器的低頻特性欠佳,沒有直接耦合電路的低頻特性好。
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