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耦合电容的原理

耦合是将一端的能量传递到另一端,有光耦合、电耦合等,本文主要介绍电耦合。 **

1.电容器如何将前端的电传输到后端?

**常用的耦合结构模型如下: 在这里插入图片描述

我们要分析Vin如何传递信号Vout高通滤波器模型最终需要使用,因为Vout是要连接下一端电路的。在这里我们可以把它简化为负载电阻R,模型如下:

这是一个高通滤波器Vin端信号传输到Vout我们只需要用阻抗和容抗抗Vout端部电压即可。Vout=VinR/(R 1/(2/πfC))。这里的f是Vin端信号的频率。 我们要保证Vin信号传输良好Vout端,然后需要衡量尺度截止频率,这个概念不懂百度,截止频率Ft=1/(2πR*C)。也就是说,如果要确保信号传输不失真,则电路R、C、f这个公式需要满足。 **

2.那么电子到底是怎么从的呢?Vin端传递到Vout端呢?

我们暂时假设100M的正弦波信号需要从Vin传递到Vout端,Vpp=1V,电压向上偏移1v,即Vin端产生的信号为1-2V正弦信号。 信号上升阶段,即Vin的信号从1V上升到2V,此时,电子传输模型如下: **

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正弦波上升,Vin对电容C1充电时,电子逐渐聚集在电容器中C1左电极上Vout相对GND端,输出正电压,逐渐升高; 正弦波信号下降阶段,即Vin的信号从2V逐渐下降到1V,此时,电子传输模型如下:

正弦波下降阶段,C左电极上的电子开始思考Vin方向传递,Vout端的电流传输是从GND向Vout,表现为Vout端部电压为负电压。 因此,通过上述模型传输交流信号Vout端。 **

3.假如Vin频率很低,接近0hz,或者远低于截止频率,Vout端部电压怎么样?

首先Vin当输出信号为直流时,Vout根据上图的电子传输模型,端部电压为0,C1左端电压不变,没有电子传输,Vout=0. 当Vin当信号频率远低于截止频率时,Vin的信号通过C1到达Vout后,Vout如果信号远低于截止频率,则可以根据问题1的电压计算公式计算信号范围。Vout电压也可能衰减为0.

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4.正常输出时Vout单端信号波形如何?

即使我们用电容器耦合输出,Vin端输出电压为1v—2v的正弦波信号,因为耦合电容的作用,Vout输出电压为-0.5v到0.5v正弦波信号,即耦合电容的特性,隔离直流分量,只输出交流信号。

5.电容器的选择?

通过以上分析,电容的容量选择越大越好,那么信号的截止频率就会很小,信号也不会严重衰减。但是,电容选择越大,电容选择越好ESR参数越大,对信号的干扰就越大,所以我们倾向于选择ESR耦合损耗小的电容。

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