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为什么三极管放大电路的输入端和输出端都要串联一个电容器?(电容和二极管串联的交流电路)

作者:机械网
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为什么三极管放大电路的输入端和输出端都要串联一个电容器?(电容和二极管串联的交流电路)

  

为什么三极管放大电路的输入端和输出端都要串联一个电容器?(电容和二极管串联的交流电路)

  

为什么三极管放大电路的输入端和输出端都要串联一个电容器?(电容和二极管串联的交流电路)

  三极管放大电路输入端和输出端所接的电容分别为输入耦合电容和输出耦合电容,它们的作用是防止信号源及负载与三极管的直流偏置电路之间相互影响。下面我们以一个具体的三极管放大电路为例来详细介绍一下三极管电路中的耦合及去耦是什么意思。

  1、耦合电容的作用

  上图为一个简单的阻容耦合放大电路。电容C1为输入耦合电容,其作用是防止前级信号源电路对三极管VT1的静态工作点产生影响。假设前级信号源为动圈式话筒,若不加耦合电容C1,而将动圈式话筒输出的信号直接送至VT1的基极,此时VT1的发射结可能会被短接,也就不能放大信号了。

  电容C3为级间耦合电容,其作用是将三极管VT1、VT2前后级的直流偏置电路隔离,以防止前后级静态工作点相互影响。

  电容C4为输出耦合电容,其作用是防止负载电阻RL对VT2的静态工作点产生影响。

  2、去耦电容的作用

  在三极管放大电路中,为了防止后级信号通过电源内阻反馈到前级而影响整个放大电路的正常工作,一般在前后级之间加一个阻容滤波电路,这个滤波电路称为去耦电路。如上图中的R2和C2即为去耦电路(又称退耦电路)。由于加有去耦电路,前级的交流成分大部分通过电容C2被滤除,从而减小了由于共用一个直流电源而带来的放大器各级之间的相互干扰。

  去耦电路中的电阻一般选用数十至数百Ω的电阻,去耦电容一般选用数十至100μF的铝电解电容即可。

  若想了解更多的电子电路及元器件知识,请关注本头条号,谢谢。

  一、首先解释一下耦合和去耦的意思:

  耦合:是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响,并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象。

  去耦:专指去除芯片电源管管脚上的噪声,该噪声是芯片本身工作产生的。防止发生不可预测的反馈,影响下一级放大器或其它电路正常工作。

  二、介绍一下耦合电路及电容的作用

  一般对耦合电路的要求是,对信号的损耗越小越好。耦合电路不仅起级间的信号耦合作用,还要对信号进行一些处理,主要有以下情况:

  通过耦合电路将两级放大器之间的直流电路隔离。

  通过耦合电路获得两个电压大小相等相位相反的信号。

  通过耦合电路对信号的电压进行提升或衰减。

  通过耦合电路对前级和后级放大器间进行阻抗匹配。

  而我们今天要讲的三极管放大电路的耦合就是第1种和第四种情况。

  先介绍第四种情况,C1是耦合电容,R1是下一级放大器的输入阻抗。由于电容C1是有容抗的,与R1构成分压电路。则当R1阻值一定时,耦合电容容量大,其容抗小,输出信号Uo大。即在去耦电容C1的信号损耗小。所以C1要选择合适的值以达到阻抗匹配。

  第1种情况就是要说到今天的三极管放大电路的耦合了,电容的作用就是隔离直流信号,通过交流信号。

  在三极管放大电路中,输出端和输入端都接有电容的放大电路称之为阻容耦合放大电路。下图中C1是输入耦合电容,作用是通过交流输入信号,隔断输入直流信号,使前级直流信号不会影响本级的直流工作点。C2是输出耦合电容,作用是输出交流信号,隔断输出直流信号,使本级的直流信号不会影响后级直流工作点。电阻Ra可以用来防止可能出现的高频自激。

  在三极管交流放大电路中,首先要建立稳定合适的静态工作点,在下图中由Rb和Rc建立直流工作点,提供适合的偏置,即发射结正偏,集电结反偏。如果没有C1隔直作用,前级的直流电压(或信号)就会叠加在本级的直流点上,改变本级已经设定的直流工作点,三极管就有可能改变工作状态。同理,输出耦合电容C2的隔直作用,本级的直流信号就会影响下一级放大器的直流工作点。

  零是起源写于20220722

  为什么三极放大电路的输入端和输出端都要关联一只电容?

  ??这道题应该这样答对吗?

  不管是AC电容还是DC电容,别忘了它们的共同特性一一一通交流、隔直流!

  三极管的功效是放大,基极需要提供有振荡频率的信号,耦合电容能储存直流,通过有振荡频率的交流信号!

  只这点通俗的比方,高深理论师傅们都详细叙述了!

  三极管放大电路的输入和输出端未必要串联电阻,OCL(Output CapacitorLess)放大器就不需要输出耦合电容。而用电容耦合的放大器通常称OTL(Output TransformerLess)放大器,即无变压器耦合输出。请参看图1

  图1 OCL放大器与OTL放大器对比

  从图1中可以看出,两者最大的区别除了电容耦合外,还有一点:一个是正负双电源供电,而一个是单电源供电。图中OCL放大器没有画出负反馈,通常设计负反馈,在输入为0时,输出点的电压是电源的中点。在双电源时,中点就是0V(正负电源的电压绝对值通常是相等的);而单电源时,中点电压为Vcc/2,当然实际上通常会有几个mV的偏移,称为Output Offset.

  对于扬声器等负载,是不允许被加载大的DC电压的,会损坏扬声器,因此在OTL电路需要有一个电容来隔离直流,而OCL则不需要。

  所谓耦合,英文单词是:Coupling.意思指将两者联结起来,那么中间就是有媒介的。好比男女相亲,红娘牵线。在图1中的OTL电路中,如果A点和负载+端直接连接,那么两个节点实质上就变成一个节点了,而在电容耦合的情况下这两个节点就是两个不同的节点。

  在模拟放大器中,单级放大往往很难兼顾各项指标。比如增益与输入输出阻抗、带宽、温度稳定性等等。为此往往需要设计多级放大器,比如典型的音频放大器如图2所示

  图2 典型的三级结构音频放大器

  图3 音频放大器设计参考书籍

  上面图2截取自图3所示的书籍。在这样的级间直接耦合的放大器电路中,直流偏置点会受前后级的共同影响,因此在设计计算时要格外小心,并且增加了调试难度。因此有些电路中会使用电容来做级间耦合。

  采用电容作为级间耦合的电路示例请看图4

  图4 采用电容作为级间耦合的模拟放大器

  上图中,C1和C5分别是输入和输出耦合电容,C3和C4是退耦电容(稍后介绍),C2就是级间耦合电容。在图中耦合电容用的是有极性的电解电容,那么问题来了,在两个节点间的电解电容极性如何放置?很简单,看电容两端直流偏置电压的高低。那么接下来我们来计算C2两端的直流偏置电压。

  计算节点4的偏置电压:

  计算节点4的偏置电压,首先要计算节点10的电压。粗略地一算,节点10的电压应为2V,减掉三极管Q1的基极-发射级二极管导通电压约0.6V,则Q1发射极电压约1.4V。发射极电压除以R5+R4,则三极管发射极偏置电流约为0.9mA。三极管的集电极偏置电流与发射极偏置电流几乎相等,这样R7上的压降约为4.6V。所以节点4的直流偏置电压约为7.4V。

  计算节点2的偏置电压:

  可调电阻R9为0时,节点2的电压达到最高值。此时,节点2电压约为4V。在可调电阻不为0时,则节点2电压更低。

  因此,节点4的偏置电压高于节点2的偏置电压。因此图中C2的阳极连接节点4.

  耦合电容容值的选取。耦合电容两端看出去,所有的电阻最后等效为一个与该电容并联的一个电阻,这个电阻与电容结合就会有一个RC时间常数,这个时间常数要最好>>输入信号周期。此时,你可以把电容想象成一个刚性的锯子。当你在用锯子锯木头时,你的手在做往复运动,而锯子的另一头也在做同样的往复运动,两个点的运动轨迹是一模一样的,唯一的差别是两者距离一个锯条的长度。如果把锯条的长度想象成电容上的直流偏置电压,且以手握锯子处为低电位处,那么就可以说通过锯条长度的电势差把手的运动不失真地传递到了高电位处的锯条的另一端。

  在图4中,耦合电容C1就是将无偏置电压的交流信号“无失真地抬升”到了2V高电位处。

  退耦电容。在图4中,将C2断开,将C3移除,则第一级的放大倍数应近似为R7/(R4+R5),约为3.4,这样的增益似乎太小,如果将C2接上,则Q1集电极看出去的阻抗是R7还要并联上下一级的输入阻抗,这样电压增益就更小了。

  那么为了使电路有较大的增益,可以减小发射极电阻,但又不影响偏置,于是利用电容在交流信号下随着频率上升阻抗减小的特性,可以用一个较大容量的电容来作为“短路线”。也就是在图4中,交流信号可以大部分流过C3回到地,而不需要通过电阻R4。这样在C2断开的情况下,第一级的电压增益可以近似地表示为A=R7/R5=10,比未使用退耦电容(或称旁路电容)时要大

  两个问题依次回答:

  1.为什么要串电容:三极管放大电路,放大的是有用的信号(电信号作为信息载体)一般是变化的,也就是说并非一成不变的直流信号。一般三极管放大电路都是要放大变化的信号的,自身直流工作点仅仅是偏置电路(微电流使得三极管工作于放大状态,放大区),输入电容和输出电容恰好起到了隔离作用。一方面使得偏置电路不受影响,一方面使得:信号得以输入输出。

  该电容的选择有技巧的,注意频谱带宽,噪声,自身特性等参数

  2.耦合和去耦:

  这个几句话不好解释,耦合不用多解释了吧,我这里说说去耦(去耦合,也叫退耦):十几岁的时候就喜欢折腾收音机,算是高频电路,发现电池电量差的时候,收音机噪声加大,出现突突的声音,书籍解释说是电池内阻耦合到线路中来了,那时候简直理解不了,直到后来搞明白了“交流等效电路”,然后就清清楚楚了。所以,退耦电路可以很简单,就是进行阻抗匹配,比如在高频放大电路的电源入口设置一颗电阻(1-47K)即可,这也是简单的去耦电路。

  三极管放大电路若要正常工作,必须建立一个直流静态工作点,以便使被放大的信号在放大区内不失真。为了使三极管放大电路前后级直流工作点不相互影响,故在输入输出端串上电容,用于隔直流通交流。去耦的作用是让交流信号通过,不向下级传输的意思。

  电子电路中,各级单元之间的衔接分电容耦合、变压器耦合(或者叫电感耦合)和直接耦合,随着电子器件的创新革命,陶瓷滤波器和声表面波滤波器也参与了耦合序列,并大大简化了电路设计。

  但是,以为放大器都要电容耦合,就显得太电子管时代了,这与今天人类科技爆炸式的发展脚步,差距太远,以此为题,简直不该登《今日头条》之殿堂。试想,电子电路在高度集成化和微型化的今天,放大器单元之间还能借用电容耦合吗?即使是采用分立元件组成的放大器之间,为了提高频响特性,优良的设计理念也都采用直接耦合,通常方法是把前级输出端静态电位的设定与后一极输入端的偏置电压相一致,为了保证工作状态的稳定性,多加入温度补偿电路。在电子电路小型化的今天,电容在电路中主要担当旁路、补偿、震荡、整形和滤波的作用。

  因为电子管放大器阳极电压(+100V以上)远高于删级要求的偏置电压(电子管删级一般为-2~-10V电压左右),直接耦合设计上会很繁琐且效果也不理想,所以采用电容耦合或者变压器耦合。

  简单点说,这两电容的作用都是起到\"隔直\"的作用:

  1.输入耦合,在放大电路中,是指将交流信号通过串联隔直电容加直流偏置,使其成为波动的直流信号。这样信号通过直流电的波动就可以被放大电路放大。这类耦合,也称为直流耦合。

  而无线广播中,将信号加载到基波上的过程,就是通常意义上的交流耦合。

  2.输出去耦,就是要将输出中的直流信号通过串联隔直电容去除,留下放大后所需的交流信号。

  这是个人的一些见解,希望可以帮到你。

  输入端串接一个带极性的电容是隔直流通交流(音频信号)。以免破坏三极管放大电路的正常工作。并联电阻是匹配输入阻抗。输出端电容叫隔离电容(也叫输出电容)容值与音质有关。也要匹配输出负载阻抗的。

  叫耦合电容,其目的是隔直流通交流,使前后级偏置电压不受影响,但也有用直耦放大的。

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