浅谈电路的耦合方式

电路的耦合方式

基本概念：

一级：组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级。

级间耦合：级与级之间的连接称为级间耦合。

耦合电路往往与放大电路融为一体，不单独存在的。

多级放大电路的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。

直接耦合

直接耦合：将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端。

如下图所示：

电路缺点：采用直接耦合方式使各级之间的直流通路相连，因而静态工作点相互影响。有零点漂移现象。

电路优点：具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；由于电路中没有大容量电容，易于将全部电路集成在一片硅片上，构成集成电路。

频率特性：如下图所示，由于不存在耦合和旁路电容，从而没有降低低频增益；而对于高频区是单调响应，取决于电路的寄生电容和有源器件的频率所确定的增益。

阻容耦合

阻容耦合：将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端，称为阻容耦合方式。

如下图所示：

直流分析：由于电容对直流量的电抗为无穷大，因而阻容耦合放大电路各级之间的直流通路不相通，各级的静态工作点相互独立。

交流分析：只要输入信号频率较高，耦合电容容量较大，前级的输出信号可几乎没有衰减地传递到后级的输入端。因此，在分立元件电路中阻容耦合方式得到非常广泛的应用。

电路缺点：低频特性差，不能放大变化缓慢的信号；在集成电路中制造大容量的电容很困难，因此阻容耦合方式不便于集成化。

频率特性：如下图所示，低频增益的下降主要是由于CC，CS和CE阻抗的增加；高频的限制主要是电路的寄生电容或者有源器件的频率所确定的增益。

变压器耦合

变压器耦合：将放大电路前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上，称为变压器耦合。

如下图所示为变压器耦合共射放大电路：

电路缺点：变压器耦合电路的前后级靠磁路耦合，它的各级放大电路的静态工作点相互独立。它的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，且非常笨重，不能集成化。

电路优点：可以实现阻抗变换，因而在分立元件功率放大电路中得到广泛应用。

频率特性：如下如所示，变压器增益的下降需要理解“变压作用”和变压器等效电路。

如下图所示：

设原边电流有效值为I1，副边电流有效值为I2，将负载折合到原边的等效电阻为：

变压器原边线圈匝数N1，副边线匝数N2， 可得变压器共射放大电路的电压放大倍数：

根据所需的电压放大倍数，可选择合适的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压。当匹配得当时，负载可获得足够大的功率。

光电耦合

光电耦合器：是实现光电耦合的基本器件，它将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起，如下图所示：

工作原理：发光元件为输入回路，它将电能转换成光能；光敏元件为输出回路，它将光能再转换成电能，实现了两部分电路的电气隔离，从而可有效地抑制电干扰。

传输比CTR：在c-e之间电压一定的情况下，iC的变化量与iD的变化量之比称为传输比CTR，即：

CTR的数值只有0.1~1.5。

如下图所示为光电耦合放大电路。当动态信号为零时，输入回路有静态电流IDQ，输出回路有静态电流ICQ，从而确定出静态管压降UCEQ。当有动态信号时，随着iD的变化，iC将产生线性变化，电阻Rc将电流的变化转换成电压的变化。由于传输比的数值较小，所以一般情况下，输出电压还需进一步放大。实际上，目前已有集成光电耦合放大电路，具有较强的放大能力。