(一) 隔直电容分析
来源:互联网 发布:软件架构设计 编辑:程序博客网 时间:2024/05/17 03:24
阿呆在不少电路中都看到过有使用隔直电容,例如在音频输入输出端一般都会加上隔直电容,例如在交流小信号放大器前后级耦合,也会使用到隔直电容,那么,到底什么是隔直电容呢?其原理是什么呢?该如何具体分析呢?
图1
图2
对于隔直电容的理解,阿呆仅限于隔直通交,具体的原理呢,不是很清楚,大概原因就是电容两端电压不能突变吧。带着这些问题,阿呆查阅了隔直电容相关的资料,总结了一下自己的理解。
阿呆在此之前,在Multisim中画了这样一个电路,希望对隔直电容有一个直观的认识,电路图如下所示:
图3
信号源输出信号幅度为:1V
输出信号频率分别选取:0.2Hz,10Hz,20Hz
问题出现了,从示波器上观察,如下图所示,对于所有频率信号电容两端的电压是同步等电压的,这是为什么呢?隔直电容作用失效了!
图4
图5
图6
要解释这个问题就要从电容入手了,首先,电容两端电压为什么不能突变,这个问题还是值得探讨一下的:
图7
电容两端的电压差Uab取决于极板上所存储的电荷量:Uab=Q/C,对于特定的电容,C是固定量,所以只要Q不发生变化,那么电容两端电压必然不会变化,电压的变化,必然是Q变化的结果,也就是说没有电荷转移,就没有Q的改变,也就没有Uab的改变。(其实,这也一定程度上解释了交流电路中,电容电压滞后于电流的原因)
然后,我们回到本文最初的Multisim仿真,由于电容两端是开路的,无法形成电流回路,那么必然不会产生电荷转移,那么电容两端的电压也就不会改变了,那么单端电压被动变化后,另一端就会跟随着无差别变化了,因此出现了困惑阿呆的仿真结果。
最初的问题解释清楚了,但是电容隔直通交的作用在这里失效了吗?对于基本接近直流的0.2Hz信号,也能通过?这个隔直电容和可通过交流信号频率的关系是怎么样的呢?
且听这位大侠的解释:“所谓隔直电路的本质是截止频率比较低的一阶RC高通滤波器”(源自网络,请自行搜索)
听完这句话,有种恍然大明白的感觉,原来隔直的不只是电容的功劳,而是RC高通滤波器,还有一个默默无闻的电阻呢!
回到第一个问题,把电路做一下修改:
图8
且看仿真结果:
图9
可以看到,当信号频率为5Hz时,输出信号有了明显的衰减。另外,隔直电容的定量分析也就迎刃而解了:高通滤波器的截止频率为ƒ=1/(2*pi*RC)。根据此关系和具体信号频率就可以确定具体选取的电容容量值了。
然后我们再回到第一个问题,不同于电荷转移的解释,还有另外一种解释方法(参考博客,百度:疯狂的胖布丁):
由图8所示根据高通滤波器特性,可以得到Point2输出电压:Ui(s)*RCs/(1+RCs),然后再令R趋于无穷大就可以得到图4、5、6的电容输出电压了。因为当R趋于无穷大时,截止频率ƒ=1/(2*pi*RC)趋近于零,任何信号无阻碍通过。
OK,隔直电容解释清楚了吧。
阿呆的理解还算清楚吧?
还有问题吗?
没有了?
好,各回各家,各找各妈。
~~~~~~
等等~
阿呆这里还有一个电路,且看:
图10
该电路中的隔直电容没有配电阻啊?经典设计,肯定不会错的啊,刚才的解释完全无用嘛!
不要着急,解释肯定是不会错的,那么电阻从何而来呢,这就是来自负载的输入阻抗了,隔直电容结合负载的输入阻抗,组成完整的RC高通滤波器,信号通过电容,加到负载上。定量分析依然利用上面所述,这也就引出了所谓的阻抗匹配问题,具体的不在本文论述。
总结一下:
1.隔直电容不是独立存在的,而是和R构成一阶RC高通滤波器,共同完成隔直通交的功能
2.隔直电容的容值选取根据ƒ=1/(2*pi*RC)确定。
依梦科技
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