RC耦合放大器



电阻-电容耦合简称为RC耦合。这是放大器中最常用的耦合技术。

两级RC耦合放大器的构造

两级RC耦合晶体管放大器电路的结构细节如下。两级放大器电路有两个晶体管,以共射极配置连接,并使用一个公共电源VCC。分压网络R1和R2以及电阻Re构成偏置和稳定网络。发射极旁路电容Ce为信号提供低阻抗路径。

电阻RL用作负载阻抗。放大器初始阶段存在的输入电容Cin将交流信号耦合到晶体管的基极。电容CC是连接两个级的耦合电容,它可以防止级之间出现直流干扰并控制工作点的偏移。下图显示了RC耦合放大器的电路图。

RC Two Stage

RC耦合放大器的操作

当交流输入信号施加到第一个晶体管的基极时,它会被放大并出现在集电极负载RL上,然后通过耦合电容CC传递到下一级。这成为下一级的输入,其放大的输出再次出现在其集电极负载上。因此,信号在逐级作用中被放大。

这里需要注意的重要一点是,总增益小于各个级增益的乘积。这是因为,当第二级跟随第一级时,由于第二级的输入电阻的并联效应,第一级的**有效负载电阻**降低。因此,在多级放大器中,只有最后一级的增益保持不变。

由于我们这里考虑的是两级放大器,因此输出相位与输入相位相同。因为两级共射极配置的放大器电路进行了两次相位反转。

RC耦合放大器的频率响应

频率响应曲线是表示电压增益与频率函数之间关系的图表。RC耦合放大器的频率响应如下图所示。

Frequency Response

从上图可以看出,对于低于50Hz的频率和高于20KHz的频率,频率衰减或下降。而50Hz到20KHz频率范围内的电压增益是恒定的。

我们知道,

$$X_C = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

这意味着电容抗与频率成反比。

在低频(即低于50 Hz)

电容抗与频率成反比。在低频下,抗阻相当高。输入电容Cin和耦合电容CC的抗阻非常高,以至于只允许输入信号的一小部分通过。发射极旁路电容CE的抗阻在低频时也很高。因此,它不能有效地旁路发射极电阻。由于所有这些因素,电压增益在低频下衰减。

在高频(即高于20 KHz)

再次考虑同一点,我们知道电容抗在高频下很低。因此,电容在高频下表现为短路。由此导致下一级的负载效应增加,从而降低了电压增益。同时,随着发射极二极管电容的减小,它会增加晶体管的基极电流,从而导致电流增益(β)降低。因此,电压增益在高频下衰减。

在中频(即50 Hz至20 KHz)

在此频率范围内,电容的电压增益保持恒定,如图所示。如果频率增加,电容CC的抗阻减小,这会增加增益。但是,这种较低的电容抗阻会增加下一级的负载效应,从而导致增益降低。

由于这两个因素,增益保持恒定。

RC耦合放大器的优点

以下是RC耦合放大器的优点。

  • RC放大器的频率响应在较宽的频率范围内提供恒定的增益,因此最适合音频应用。

  • 电路简单且成本较低,因为它采用电阻和电容,这些元件价格低廉。

  • 随着技术的升级,它变得更加紧凑。

RC耦合放大器的缺点

以下是RC耦合放大器的缺点。

  • 由于有效负载电阻,电压和功率增益较低。

  • 随着时间的推移,它们会变得嘈杂。

  • 由于阻抗匹配不良,功率传输会降低。

RC耦合放大器的应用

以下是RC耦合放大器的应用。

  • 它们在较宽的频率范围内具有出色的音频保真度。

  • 广泛用作电压放大器

  • 由于阻抗匹配不良,RC耦合很少用于最终级。

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