淺談電路的耦合方式

電路的耦合方式

基本概念：

一級：組成多級放大電路的每一個基本放大電路稱為一級。

級間耦合：級與級之間的連接稱為級間耦合。

耦合電路往往與放大電路融為一體，不單獨存在的。

多級放大電路的耦合方式：筆直耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。

筆直耦合

筆直耦合：將前一級的輸出端筆直連接到后一級的輸入端。

如下圖所示：

電路缺點：采用筆直耦合方式使各級之間的直流通路相連，因而靜態工作點相互影響。有零點漂移現象。

電路優勢：具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號；由于電路中沒有大容量電容，易于將全部電路集成在一片硅片上，構成集成電路。

頻率特性：如下圖所示，由于不存在耦合和旁路電容，從而沒有降低低頻增益；而關于高頻區是單調應和，取決于電路的寄生電容和有源器件的頻率所確定的增益。

阻容耦合

阻容耦合：將放大電路的前級輸出端通過電容接到后級輸入端，稱為阻容耦合方式。

如下圖所示：

直流分解：由于電容對直流量的電抗為無窮大，因而阻容耦合放大電路各級之間的直流通路不相通，各級的靜態工作點相互獨立。

交流分解：只要輸入信號頻率較高，耦合電容容量較大，前級的輸出信號可幾乎沒有衰減地傳遞到后級的輸入端。因此，在分立元件電路中阻容耦合方式得到非常廣泛的使用。

電路缺點：低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號；在集成電路中制造大容量的電容很困難，因此阻容耦合方式不便于集成化。

頻率特性：如下圖所示，低頻增益的下降緊要是由于CC，CS和CE阻抗的新增；高頻的限制緊要是電路的寄生電容或者有源器件的頻率所確定的增益。

變壓器耦合

變壓器耦合：將放大電路前級的輸出端通過變壓器接到后級的輸入端或負載電阻上，稱為變壓器耦合。

如下圖所示為變壓器耦合共射放大電路：

電路缺點：變壓器耦合電路的前后級靠磁路耦合，它的各級放大電路的靜態工作點相互獨立。它的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號，且非常笨重，不能集成化。

電路優勢：可以實現阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛使用。

頻率特性：如下如所示，變壓器增益的下降要理解“變壓用途”和變壓器等效電路。

如下圖所示：

設原邊電流有效值為I1，副邊電流有效值為I2，將負載折合到原邊的等效電阻為：

變壓器原邊線圈匝數N1，副邊線匝數N2，可得變壓器共射放大電路的電壓放大倍數：

依據所需的電壓放大倍數，可選擇適宜的匝數比，使負載電阻上獲得足夠大的電壓。當匹配得當時，負載可獲得足夠大的功率。

光電耦合

光電耦合器：是實現光電耦合的基本器件，它將發光元件（發光二極管）與光敏元件（光電三極管）相互絕緣地組合在一起，如下圖所示：

工作原理：發光元件為輸入回路，它將電能轉換成光能；光敏元件為輸出回路，它將光能再轉換成電能，實現了兩部分電路的電氣隔離，從而可有效地抑制電干擾。

傳輸比CTR：在c-e之間電壓一定的情況下，iC的變化量與iD的變化量之比稱為傳輸比CTR，即：

CTR的數值惟有0.1~1.5。

如下圖所示為光電耦合放大電路。當動態信號為零時，輸入回路有靜態電流IDQ，輸出回路有靜態電流ICQ，從而確定出靜態管壓降UCEQ。當有動態信號時，隨著iD的變化，iC將出現線性變化，電阻Rc將電流的變化轉換成電壓的變化。由于傳輸比的數值較小，所以一般情況下，輸出電壓還需進一步放大。實際上，目前已有集成光電耦合放大電路，具有較強的放大能力。

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