耦合电路(详细解释耦合电路的原理)

耦合电路功能和电路类型。

在多级放大器中，每一级都是相对独立的，级间耦合电路是连接第一级放大器必不可少的。

1.耦合电路功能。

耦合电路的要求是信号损耗越小越好。有时，耦合电路不仅起到级间信号耦合的作用，还会进行一些信号处理，主要表现在以下几种情况。

(1)通过耦合电路隔离两个放大器之间的DC电路是最常用的功能之一。

(2)通过耦合电路获得两个电压相等、相位相反的信号。

(3)信号的电压被耦合电路提升或衰减。

(4)通过耦合电路匹配前级放大器和后级放大器之间的阻抗。

2.耦合电路的类型。

多级放大器中的耦合电路主要包括以下几种类型。

(1)在阻容耦合电路中使用电容来耦合交流信号。这是最常用的耦合电路。电容器具有隔离直流和直流的特性，可以将交流信号耦合到下一个放大器，同时隔离前一级的DC电流。该电路广泛应用于多级交流放大器。

(2)直接耦合电路中没有耦合元件。前置放大器的输出与后置放大器的输入直接相连也是一种常见的耦合电路。直接耦合电路可用于多级交流放大器和多级直流放大器，而多级直流放大器必须采用直接耦合电路。

(3)变压器用作变压器耦合电路中的耦合元件。变压器还具有隔离直流和直流的特性，所以这种耦合电路类似于电容耦合电路。同时，由于耦合变压器具有阻抗变换的特性，变压器耦合电路有很多变化。变压器耦合电路主要用于一些中频放大器、调谐放大器和音频功率放大器的输出级。

阻容耦合电路工作原理的分析与理解

在多级放大器的介绍中，耦合电容器已经被描述了很多次。当两级放大器之间使用耦合电容时，两级放大器之间使用阻容耦合电路。阻容耦合电路由电阻和电容组成，但电路中只能直接看到耦合电容，看不到电阻。图2-6所示的阻容耦合电路的等效电路可以用来说明这种耦合电路的工作原理。

图2-6阻容耦合电路的等效电路。

1.等效电路分析。

阻容耦合电路等效电路的工作原理主要说明以下几点。

(1)电路中的C1是耦合电容，ri是后续放大器的输入阻抗。阻容耦合电路中的电阻是下一个放大器的输入阻抗ri，电容是C1。

(2)从图中可以看出，这是一个典型的由电容和电阻组成的分压电路，加到这个分压电路的输入信号Ui是前一个放大器的输出信号。这个分压电路的输出信号是Uo，它是下一级加到三极管基极的输入信号。该信号越大，信号耦合电路的损耗越小。

(3)根据分压电路的特性，当放大器的输入阻抗ri不变(通常不变)时，耦合电容C1的容量大，其容性阻抗小，输出信号Uo大，即耦合电容C1上的信号损耗小。因此，要求耦合电容器的容量足够大，使得信号通过耦合电容器时损耗小。

2.一些解释。

关于阻容耦合电路，我们还应该说明以下几个问题。

(1)当放大器的输入阻抗相对较大时，可以适当减小耦合电容的容量，这很容易通过过压电路的特性来理解。降低耦合电容C1的容量有利于降低耦合电容的漏电流，因为电容的容量越大，漏电流越大，放大器的噪声越大(耦合电容的漏电流就是电路噪声)，尤其是输入级放大器输入端的耦合电容要尽可能小。

(2)耦合电容的容抗大于中频和高频信号的容抗，因此阻容耦合电路对低频信号不利。当耦合电容容量不够大时，低频信号首先衰减，说明阻容耦合电路的低资源网络频率特性不好。

(3)耦合电容具有阻挡直流的功能，所以电阻电容耦合的放大器不能放大直流信号，耦合电容对低频交流信号容抗过大，不能有效放大。

(4)在不同工作频率的放大器中，由于放大器放大的信号频率不同，对耦合电容的容量要求也不同。在音频放大器中，耦合电容的容量一般在1 ~ 10f之间。为了降低电容的漏电流，前级耦合电容越多，对电容的要求就越小。

(5)图2-7显示了一种改进的电阻电容耦合电路，即在耦合电容C1的环路中串联一个电阻R1，通常为2k。这种变形的阻容耦合电路在一些性能良好的音频放大器中很常见。该耦合电路的功能与普通电阻电容耦合电路的功能基本相同，只是可以使用电阻R1来防止可能的高频自激。

图2-7变形的阻容耦合电路。

直接耦合电路工作原理的分析与理解。

双管直接耦合放大器引入了直接耦合电路。直接耦合电路的特点是在前级放大器的输出端和后级放大器的输入端之间没有耦合分量。

直接耦合电路可以通过交流电流和DC电流，这是该耦合电路的特点。因此，直接耦合放大器可用于放大具有良好低频特性的DC信号。

直接耦合电路的缺点是直流也可以通过，参与耦合的各级放大器的直流电路相互制约，不利于电路故障的修复。

变压器耦合电路工作原理的分析与理解。

变压器耦合电路有多种具体的电路形式。

1.变压器耦合电路之一。

图2-8显示了变压器耦合电路。在电路中，VT1和VT2构成了一个两级放大器。T1是一个耦合变压器，L1是它的初级绕组，初级绕组有抽头，L2是它的次级绕组，而这个耦合变压器T1只有一套次级绕组。

图2-8变压器耦合电路之一。

该变压器耦合电路的工作原理主要说明以下几点。

(1)1)VT1集电极信号电流流经T1初级绕组L1抽头下方的绕组。根据变压器原理，在T1次级绕组两端有一个输出信号电压，这个输出资源网络信号电压加到VT2基回路上。信号电流回路为:二次绕组L2上端→VT2基极→VT2发射极→发射极旁路电容C7→地线→电容C4→二次绕组L2下端，信号传输由二次绕组L2回路完成。

(2)关于DC电流，由于T1的一次绕组和二次绕组是绝缘的，VT1的DC电路和VT2所在的DC电路是相互隔离的，和阻容耦合电路一样。

(3)变压器耦合电路的低频特性不好，因为耦合变压器的初级绕组是VT1集电极负载。由于绕组的电感与频率成正比，当信号频率较低时，电感小，VT1集电极负载电阻小，电压放大倍数小(集电极负载电阻小时，放大器电压放大倍数小)。显然，变压器耦合电路的低频特性并不好。另外，当信号的频率高到一定程度时，耦合变压器T1有各种高频能量损耗，高频信号丢失，因此耦合电路的高频特性不好。

2.变压器耦合电路二。

图2-9显示了另一个变压器耦合电路。该电路与前一电路的区别在于耦合变压器T1的次级绕组具有中心抽头，并且中心抽头通过电容器C3接地，使得次级绕组L2的上端和下端的信号电压处于相反的相位。

图2-9变压器耦合电路二。

该变压器耦合电路的工作原理主要说明以下几点。

(1)当次级绕组L2的上端信号为正半周期时，L2绕组的下端信号为负半周期；当上L2信号为负半周期时，下L2信号为正半周期。

(2)由于耦合变压器T1的次级绕组L2有一个中心抽头，次级绕组可以输出两个大小相等、相位相反的信号，即L2上端与抽头之间的绕组输出一个信号加到VT2的基极，L2下端与抽头之间的绕组输出另一个相位相反的信号加到VT3的基极。基于VT2和VT3的交流信号电压波形如图2-9所示。

(3)因为VT2和VT3都是NPN晶体管，所以施加到VT2和VT3基极的信号电压大小相等，相位彼此相反。这样，当VT2作为正半周期信号被接通和放大时，VT3作为负半周期信号被关断。当VT2在其基极作为负半周期信号关闭时，VT3在其基极作为正半周期信号打开并放大。

(4)VT2基极的信号电流回路为:二次绕组L2上端→VT2基极→VT2发射极→接地端→C3→二次绕组L2抽头，由L2抽头上紧形成回路。

(5)VT3基极信号电流回路为:二次绕组L2下端→VT3基极→VT3发射极→接地端→C3→二次绕组L2抽头，由L2抽头绕下形成回路。

3.第三变压器耦合电路。

图2-10显示了另一个变压器耦合电路。该电路与前一电路的区别在于耦合变压器有两组独立的次级绕组L2和L3，两组绕组匝数相同，因此耦合变压器也可以输出两个大小相同、相位相反的信号。两组次级绕组输出的信号电压分别施加在VT2和VT3的基极上，两个管基极上的信号电压波形如图2-9所示。

从电路中次级绕组L2和L3的同名端标记可以看出，当L2的上端信号处于正半周时，VT2导通并放大信号，而L3的下端信号处于负半周，因此VT3被关断。

图2-10变压器耦合电路三。

当信号变为另一个半周期时，L2的上端为负半周期信号，L3的上端为正半周期信号，VT3被开启并放大。

电路分析总结

(1)区分直接耦合电路、阻容耦合电路和变压器耦合电路非常简单。级间有电容连接时为阻容耦合电路，级间有变压器时为变压器耦合电路，级间无元器件时为直接耦合电路。

(2)直接耦合电路必须用于能够放大DC信号的放大器。当然，直耦放大器也可以放大交流信号，很多交流放大器都采用直耦电路。

(3)具有电阻-电容耦合或变压器耦合的放大器便于修理，因为级间的DC电路彼此隔离。

(4)频率特性方面，直接耦合电路性能最好，但维修不便。

(5)阻容耦合和变压器耦合放大器的低频特性较差，而没有直接耦合电路的放大器低频特性较好。

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