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(lái)，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(guò)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(guò)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(guò)耦合電路對(duì)信號(hào)的電壓進(jìn)行提升或衰減。

 

(4)通過(guò)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(lái)說(shuō)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(shuō)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(shuō)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(shuō)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(guò)耦合電容時(shí)損耗才小。

 

2.幾點(diǎn)說(shuō)明

 

關(guān)于阻容耦合電路還要說(shuō)明以下幾個(gè)問(wèn)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(guò)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?，其漏電電流就愈大，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(shuō)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(lái)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(guò)的同時(shí)，也可以讓直流電流通過(guò)，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(lái)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(guò)，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(shuō)明下列幾點(diǎn)。

 

(1)VT1 集電極信號(hào)電流流過(guò)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(guò)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(guò)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(shuō)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(guò)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(guò)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(lái)比較方便。

 

(4)從頻率特性角度來(lái)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。