[科普中國]-直流耦合

直流耦合(DC Coupling)就是直通，交流直流一起過，并不去掉了交流分量。

簡介直流耦合(DC Coupling)就是直通，交流直流一起過，并不去掉了交流分量。

比如在3V的直流電平上疊加一個(gè)1Vpp的正弦波，如果用直流耦合，看到的是以3V為基準(zhǔn)，+/-0.5V的正弦波。在功率放大中有重要應(yīng)用。

直流耦合的匹配電路直流耦合就是直接的導(dǎo)線連接，包括通過像電阻之類的線性元件的連接。它適用于對(duì)包括直流分量的信號(hào)的放大電路中。在直流耦合電路中，各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是互相影響的。一級(jí)的工作點(diǎn)改變了相鄰的二級(jí)也會(huì)受到影響。因此不能單獨(dú)地調(diào)整工作點(diǎn)電流和電壓。而在交流耦合直流不耦合的電路中各級(jí)電路是用電容或者是電感隔離開的。因此靜態(tài)工作點(diǎn)是獨(dú)立的，調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)比較容易。直流耦合中因?yàn)楦骷?jí)的輸入和輸出阻抗是一定的，不好作阻抗變換，直接耦合時(shí)高效率匹配就很難做到。而在交流耦合電路中用線間變壓器就很好地進(jìn)行阻抗變換實(shí)現(xiàn)高效率的匹配。特別是選頻放大電路中普遍采用的LC諧振電路更是極大地提高了電路的效率。

電容具有隔直通交的特性，所以電容只能用來耦合交流信號(hào)，而對(duì)于直流，電容用來濾波，就是把直流中的交流濾去。1

相關(guān)優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)1、具有良好的低頻特性，可以對(duì)緩慢信號(hào)進(jìn)行放大，適合于直流（零頻）放大器。容易將電路集成在一塊硅片上，構(gòu)成放大器。

2、由于電容的隔直作用，各級(jí)直流通路相互獨(dú)立，靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，所以對(duì)Q點(diǎn)的分析、設(shè)計(jì)、調(diào)試如同單管放大器一樣，簡單方便。

缺點(diǎn)1、電容對(duì)低頻信號(hào)呈現(xiàn)的電抗大，傳遞低頻信號(hào)的能力弱，所以不能反映直流成分的變化，不適合放大緩慢變化的信號(hào)。為了減小耦合電容對(duì)信號(hào)的衰減，耦合電容的選取一般在幾十微法到幾百微法，這樣大的電容是不可以集成化的。所以，阻容耦合只適用于分立元件的交流放大器。

2、由于直接耦合方式前后級(jí)直接相連，工作點(diǎn)必然相互影響，這不僅使Q分析復(fù)雜化，同時(shí)帶來兩個(gè)需要解決的問題：級(jí)間電平配置問題；解決零點(diǎn)漂移問題。2

直流耦合電容的介紹耦合電容的作用是使得強(qiáng)電和弱電兩個(gè)系統(tǒng)通過電容器耦合并隔離，提供高頻信號(hào)通路，阻止工頻電流進(jìn)入弱電系統(tǒng)，保證人身安全。帶有電壓抽取裝置的耦合電容器除以上作用外，還可抽取工頻電壓供保護(hù)及重合閘使用，起到電壓互感器的作用。

耦合電容器的使用耦合電容器是和結(jié)合濾波器、阻波器一起使用的。結(jié)合設(shè)備接在耦合電容器的低電壓端和連接電力線載波機(jī)的高頻電纜之間；或者在橋路情況下，直接或經(jīng)過附加設(shè)備接往另一臺(tái)結(jié)合設(shè)備。結(jié)合設(shè)備經(jīng)耦合電容器與電力線的一相或多相導(dǎo)線耦合。相地耦合、相相耦合是最普遍的耦合方式。這種方式的特點(diǎn)：

1、既能使高壓強(qiáng)電與高頻設(shè)備進(jìn)一步隔離，并抑制其它頻率信號(hào)的干擾，又能使高頻通路的輸入阻抗與高頻電纜的輸入阻抗相匹配，以利于高頻信號(hào)的傳輸。

2、通過結(jié)合濾波器、阻波器還能使經(jīng)過耦合電容器泄漏的高壓工頻電流可靠接地保障高頻設(shè)備的安全。

耦合電容的工作原理由電工原理可知，電容器容抗的大小取決與電流的頻率和電容器的容量，高頻載波信號(hào)通常使用的頻率大約為30~500kHz，對(duì)于50Hz的工頻來說，耦合電容器呈現(xiàn)的阻抗要比高頻信號(hào)呈現(xiàn)的阻抗值大600~1000倍，基本上相當(dāng)于開路，而對(duì)于高頻信號(hào)來說，則相當(dāng)于短路。

電容接在交流電路中，一個(gè)腳接的電路的電壓逐漸升高，逐漸在所在的極板集聚電荷，待該腳所接的電路的電壓下降時(shí)，再將電位高時(shí)積聚的電荷返回電路。另端也是如此。電容是絕緣的，整個(gè)電容并沒有電流通過，但是它隨著電位升高、降低而集聚和釋放電荷的現(xiàn)象，使人誤以為是有電流通過。因此，它能把直流隔離，而交流信號(hào)呢，以兩端升高和降低電位的形式，耦合過來，傳給以下的電路元件。作為耦合電容，它的作用是允許交流信號(hào)正常通過，而隔斷上一級(jí)放大電路的直流電流，使之對(duì)下一級(jí)放大電路工作點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生影響。電容為什么能夠使交流電流過而直流電不能流過呢？電容兩個(gè)極板并沒有直流通路，所以直流電不能流過；電容的兩個(gè)極板能夠存儲(chǔ)電荷，交流電的正半周給電容充電，負(fù)半周時(shí)先給電容放電，如此不斷的充電和放電，相當(dāng)于電流流過電容。

直流耦合特點(diǎn)直流耦合放大電路與阻容耦合放大電路相比，具有以下特點(diǎn)：

1、電路中只有晶體管和電阻，沒有大電容，級(jí)與級(jí)之間是直接聯(lián)結(jié)，便于集成化。

2、由于級(jí)間采用直接耦合，電路對(duì)于低頻信號(hào)甚至直流信號(hào)都能放大。

3、 前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互不獨(dú)立，相互影響。前級(jí)的集電極電位恒等于后級(jí)的基極電位，前級(jí)的集電極電阻同時(shí)又是后級(jí)的基極偏流電阻，以致造成前后級(jí)的工作點(diǎn)互相影響，互相牽制。

在放大電路中，任何參數(shù)的變化，如電源電壓的波動(dòng)、元件的老化、元件參數(shù)隨溫度的變化等都將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。而在多級(jí)直接耦合放大電路中，又以第一級(jí)的漂移影響最大，因?yàn)榈谝患?jí)的漂移會(huì)被后面各級(jí)逐級(jí)放大。因此，抑制零漂要著重于第一級(jí)。在產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的諸多原因中，以溫度的影響最為嚴(yán)重。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所