阻容耦合放大电路里耦合电容及旁路电容的深度分析

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3 电容分析

对于图1的原理性电路, Rb和Vbb一起为电路设置合适的静态工作点, 但是Rb的存在, 同样会让信号ui在Rb上产生压降, 则输入到放大器上的信号就相应减少了, 影响了整个电路的放大能力。而图2所示电路, 因为耦合电容的存在, 让交流通路和直流通路分开, 则很好地解决了这个问题。

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根据前述电容的定义, 得知电容内部并没有带电粒子的运动, 只是把电荷存储在两块极板上, 每块极板上存储的电荷为q=Cu。即对于线性电容元件, 其容值越大, 极板上存储的电荷量越大。电容内部没有电荷的运动但是可以传递电流, 电流公式为, 通过这个公式可以从两方面进行理解。

(2) 由电容元件的电流公式可以看出, 电流与电压的变化率成正比, 电容上电压发生剧变时, 电流很大, 当电压不随时间变化时, 电流为零。故电容在直流情况下其两端电压恒定, 相当于开路, 或者说电容有隔断直流的作用。

3.2 通频带的影响

如果没有加上耦合电容, 则任何低频的信号甚至直流都能传送到放大器上, 但是加上耦合电容后, 使得只有到了一定的频率的信号才能通过电路进行放大, 使得电路的通频带变窄了。

, 可以看出, 对于直流, f=0, 即电容对直流的容抗无限大, 相当于断路 (这也从另一个方面说明了电容隔直流通交流) ;如果希望频率较低的输入信号也能通过电容, 几乎无损失地加在放大器的基极与发射机之间, 则希望耦合电容和旁路电容的容值足够的大。由于放大器的极间电容的容值非常小, 在p F级别, 因此在同样的低频段信号, 极间电容表现为容抗很大相当于开路。对于图2, 在低频段时, 等效电路如图5所示。

(1) 假设从信号源传过来的信号是直流, 则Ce断路, 则放大器及Ce这块电路等效电路如图6所示。可以看出, 从信号源传过来的信号, 被rbb′、rb′e及Re进行分压, 由于Re相对与rbe较大, 甚至可能更大, 所以Re分掉了很大一部分的信号, 则通过gmUb′e传送到后面的信号则相对的变小。

图7   下载原图

3.2.2 电容对下限频率的影响
图11   下载原图  

对于静态时, 其电路如图3所示, 此时电容C1连接在B点与信号源之间, 在分析静态时, 假设信号源为0, 则此时的C1上两块极板之间的电压为UBQ, 连接到B点的极板上就会积累正电荷, 为正极, 而连接信号源一边的极板上就会积累负电荷, 为负极。同理电容C2连接在集电极的一极为正极, 积累正电荷, 而连接负载的一极为负极积累负电荷, 使C2电容上的电压等于UCQ。旁路电容上连接在发射机上的一极为正极上会积累正电荷, 连接地的一极为负极积累负电荷, 使Ce上电压等于UEQ。当信号源加入时, 由于需要放大的信号比较小, 使得信号源产生的交流电压, 叠加在电容的静态电压上, 引起电容上两块极板上电荷量的变化, 形成电流进行传输。从这里也可以看出, 由于耦合电容极旁路电容的存在, 使得动态信号叠加在静态电压之上, 分析时动静态分离, 且uo的输出为纯交流信号。