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RC耦合放大器的工作原理介绍

2023-07-27 17:00 作者:心飞若  | 我要投稿

由于其低成本和在宽频率范围内出色的音频保真度,RC 耦合放大器是多级放大器中最流行的耦合类型。

通常用于电压放大。

下图显示了 RC 耦合放大器的两级。

正如您在上图中所看到的,耦合电容器 C C 用于将第一级的输出连接到基极,即第二级的输入,并且当连接更多级时,这种情况会继续下去。

由于这里从一级到下一级的耦合是通过耦合电容器和分流电阻器的连接来实现的,因此,此类放大器被称为电阻电容耦合放大器或简称为 RC 耦合放大器。

电阻R 1、R 2 和R E 形成偏置和稳定网络。

发射极旁路电容器为信号提供低电阻路径。如果没有这个电容器,每级的电压增益都会丢失。

耦合电容C C  传输交流信号但阻挡直流信号,这可以防止各级之间的直流干扰和工作点的偏移。

RC耦合放大器的工作原理

当交流信号施加到第一个晶体管的基极时,它被放大并出现在其集电极负载 R C上。

现在,通过 R C 产生的放大信号通过耦合电容器 C C提供给下一个晶体管的基极 。

第二级再次放大该信号,并且放大的信号出现在第二级集电极电阻上。

通过这种方式,级联级放大信号并且总体增益显着增加。

然而,总增益小于各个阶段增益的乘积。这是因为,当第一级跟随第二级时,由于第二级输入电阻的分流作用,第一级的有效负载电阻减小。这降低了由下一级加载的级的增益。

为了更好地解释它,让我们以三级放大器为例。由于下一级的负载效应,第一级和第二级的增益会降低。但由于后续级没有负载影响,第三级的增益保持不变。

总增益等于三级增益的乘积。

RC 耦合放大器的频率响应

下图显示了典型 RC 耦合放大器的频率响应。

从上图中你可以注意到。电压增益在低频率 (< 50 Hz) 和高频率 (> 20 KHz) 时下降。然而,它在中频范围(即 50 Hz 至 20 KHz)上是均匀的。

放大器的这种行为可以解释如下:

(i) 低频

在低频,即低于50Hz,耦合电容器C C 的电抗相当高,因此只有很小一部分信号会从一级传递到下一级。

同样,C E 不能有效地分流发射极电阻 RE,因为 其在低频时电抗较大。

这两个因素导致低频电压增益下降。

(ii) 高频

在高频下,即高于20KHz,耦合电容器C C 的电抗非常小,因此表现为短路。这会增加下一级的负载效应并导致电压增益降低。

同样,在高频下,基极-发射极结的容抗较低,从而导致基极电流增加。这导致电流放大系数β减小。

这两个因素导致高频电压增益下降。

(iii) 中频

在中频,即 50 Hz 至 20 KHz 之间,放大器的电压增益是恒定的。

耦合电容器在此频率范围内的作用是使电压增益保持均匀。

当频率在此范围内增加时,C C 的电抗减小,从而增加增益。然而,同时较低的电抗意味着第一级对下一级的负载效应较高,因此增益降低。

因此,这两个因素几乎相互抵消,从而在该中频处产生均匀的增益。

RC耦合放大器的优点

  1. 它具有很好的频率响应。增益在音频范围内是均匀的,这对于语音、音乐等很重要。

  2. 它仅采用廉价的电阻和电容,因此成本较低。

  3. 由于电阻和电容尺寸小、重量轻,电路非常紧凑。

RC 耦合放大器的缺点

  1. RC 耦合放大器具有低电压和功率增益。因为,每级输入到后续级呈现的低电阻降低了有效负载电阻,从而降低了增益。

  2. 随着时间的推移,这些放大器会变得嘈杂,特别是由于潮湿。

  3. 由于RC耦合放大器的输出阻抗为数百欧姆,而扬声器的输入阻抗仅为几欧姆,因此阻抗匹配较差。

RC耦合放大器的应用

例如在公共广播系统的初始阶段用作电压放大器。

如果在初始级中使用其他类型的耦合(例如变压器耦合),则会导致频率失真,该失真可能在下一级中被放大。

但由于其阻抗匹配较差,因此很少在末级使用。

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