電路的耦合方式

基本概念：

一級(jí)：組成多級(jí)放大電路的每一個(gè)基本放大電路稱(chēng)為一級(jí)。

級(jí)間耦合：級(jí)與級(jí)之間的連接稱(chēng)為級(jí)間耦合。

耦合電路往往與放大電路融為一體，不單獨(dú)存在的。

多級(jí)放大電路的耦合方式：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合和光電耦合。

直接耦合

直接耦合：將前一級(jí)的輸出端直接連接到后一級(jí)的輸入端。

如下圖所示：

電路缺點(diǎn)：采用直接耦合方式使各級(jí)之間的直流通路相連，因而靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。

電路優(yōu)點(diǎn)：具有良好的低頻特性，可以放大變化緩慢的信號(hào)；由于電路中沒(méi)有大容量電容，易于將全部電路集成在一片硅片上，構(gòu)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(méi)有降低低頻增益；而對(duì)于高頻區(qū)是單調(diào)響應(yīng)，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(jí)輸出端通過(guò)電容接到后級(jí)輸入端，稱(chēng)為阻容耦合方式。

如下圖所示：

直流分析：由于電容對(duì)直流量的電抗為無(wú)窮大，因而阻容耦合放大電路各級(jí)之間的直流通路不相通，各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。

交流分析：只要輸入信號(hào)頻率較高，耦合電容容量較大，前級(jí)的輸出信號(hào)可幾乎沒(méi)有衰減地傳遞到后級(jí)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應(yīng)用。

電路缺點(diǎn)：低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)；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，低頻增益的下降主要是由于CC，CS和CE阻抗的增加；高頻的限制主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(jí)的輸出端通過(guò)變壓器接到后級(jí)的輸入端或負(fù)載電阻上，稱(chēng)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(diǎn)：變壓器耦合電路的前后級(jí)靠磁路耦合，它的各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立。它的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)，且非常笨重，不能集成化。

電路優(yōu)點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)阻抗變換，因而在分立元件功率放大電路中得到廣泛應(yīng)用。

頻率特性：如下如所示，變壓器增益的下降需要理解“變壓作用”和變壓器等效電路。

如下圖所示：

設(shè)原邊電流有效值為I1，副邊電流有效值為I2，將負(fù)載折合到原邊的等效電阻為：

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

根據(jù)所需的電壓放大倍數(shù)，可選擇合適的匝數(shù)比，使負(fù)載電阻上獲得足夠大的電壓。當(dāng)匹配得當(dāng)時(shí)，負(fù)載可獲得足夠大的功率。

光電耦合

光電耦合器：是實(shí)現(xiàn)光電耦合的基本器件，它將發(fā)光元件（發(fā)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(fā)光元件為輸入回路，它將電能轉(zhuǎn)換成光能；光敏元件為輸出回路，它將光能再轉(zhuǎn)換成電能，實(shí)現(xiàn)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(chēng)為傳輸比CTR，即：

CTR的數(shù)值只有0.1~1.5。

如下圖所示為光電耦合放大電路。當(dāng)動(dòng)態(tài)信號(hào)為零時(shí)，輸入回路有靜態(tài)電流IDQ，輸出回路有靜態(tài)電流ICQ，從而確定出靜態(tài)管壓降UCEQ。當(dāng)有動(dòng)態(tài)信號(hào)時(shí)，隨著iD的變化，iC將產(chǎn)生線性變化，電阻Rc將電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化。由于傳輸比的數(shù)值較小，所以一般情況下，輸出電壓還需進(jìn)一步放大。實(shí)際上，目前已有集成光電耦合放大電路，具有較強(qiáng)的放大能力。