模拟电路的精髓在于两个字:放大
在学习放大电路时,我们最先接触的就是阻容耦合放大电路。
先说一下电容在任何电路都有的作用:
隔直通交
隔直通交
隔直通交
也就是隔离直流,通交流。
可以看到电路中的c1和c2作为隔直电容就是起到了隔直通交的作用。
c1 除了作为隔直电容还起到了输入耦合的作用,同时是一个耦合电容。ui为交流电流电,可以顺利通过电容c1,也就是把信号耦合到了晶体管基极(b极);与此同时c1隔断了由直流电源通过rb到达晶体管基极的直流电偏置。c1负责在不影响晶体管静态工作点的情况下,将输入信号耦合到放大电路中。
电路工作原理如下:
在输入信号为 0 的静态,c1 内含大量的电荷,使其具有与 ubeq完全相等的电压,在输入信号开始变化时,由于电容 c1容值很大,且输入端存在一定的阻值,使其充放电时间常数很大,输入信号对它的快速充电或者放电,都不足以改变 c1 两端的电压,即 c1 两端电压为恒定值。因此,输入信号变正时,c1 左侧电位上升,会导致 c1 右侧电位跟着上升,ube 也就上升,ib 变大,输入信号就被成功引入到了晶体管的基极。反之,输入信号变负,ube 就下降,ib 变小。可以看出,在输入信号频率较高时,c1 起到了一个将电容左侧电位变化传递到电容右侧的作用。很妙吧,这种方法就叫阻容耦合。
它也有缺点,当输入信号为一个直流量,比如体重信号,这个电路就完全失效了,电容 c1起到的隔直作用,把输入直流量完全阻断在放大电路之外,耦合没有成功。
同样的,在输出端也需要这样的耦合,靠电容 c2 配合负载电阻 rl 实现。经此耦合后,图中喇叭上的信号只保留了较高频率的交流信号,而阻隔了低频或者直流信号。
下面我们从图中分析一下它的工作过程:
由于提供了静态工作点,所以晶体管一直处于放大区。
关于晶体管的工作状态可以看一下博文:
模拟电路——晶体管基础
图1和图2通过电容的耦合,形成了图3的ube电位;ube变化使得电流ib的变化。晶体管基极电流 ib 如图 5 所示。在放大区工作时ib 被放大 β 倍,形成 ic如图 6所示。注意,uo点对地电压等于 ec减去rc上的压降,而 rc上的压降正比于 ic,如子图 7 所示。最终得到输出电压波形如子图 8 所示。
由此得出输出端uo计算公式如下:
除了用 c1 和输入电阻实现的阻容耦合方式,还有什么方法可以实现直流、交流信号都能顺利耦合?其实除阻容耦合之外,还有直接耦合、变压器耦合等,常用于模拟信号的耦合。在负反馈电路配合下,光电耦合也可用于模拟信号。
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