直流電路與交流電路的區(qū)別和特點

　　　一個原因是電路課程中經(jīng)常遇到直流和交流的概念是分開處理的。實際上，在同一電子電路中，存在直流分量和交流分量兩種狀態(tài)。現(xiàn)在讓我們更為清楚了解與融合在電路中同時存在的兩種狀態(tài)。

　　圖7-9 是包括直流和交流分量的電路的例子。電池組，即直流電源，與交流源串聯(lián)在電路中。通過電阻的波形可以看出有直流分量和交流分量存在。在圖7-9 中上圖的波形是正弦波加正的平均值；圖7-9 的下圖波形是正弦波加負的平均值。兩個波形中的平均值叫做波形的直流分量，并且它的值與電池組的電壓值相等。沒有電池組，這個波形的平均值將會是0 Ｖ。

　　圖7-10 表示的是一個既有直流源又有交流源的RC （電阻- 電容）電路。這個電路同很多線性電子電路具有相似之處，這些線性電子電路一般由直流電源供電，如電池組，它們經(jīng)常處理的又是交流信號。這樣，在線性電子電路中的波形經(jīng)常表示為直流分量和交流分量的合成。

　　圖7-11 表示的是不同節(jié)點處的波形，這些波形發(fā)生于圖7-10 中不同節(jié)的點處。節(jié)點是兩個和兩個以上電路元件（如電阻、電容等）的連接點。這兩個圖有助于理解我們需要掌握的線性電子電路的一些重要特性。

　　在節(jié)點A 處的波形，如圖7-11 ，表示的是純直流，該點沒有任何交流分量，因為在圖7-10 中的節(jié)點Ａ是同電池組的正端相連接，得到的波形就是直流波形。

　　圖7-11 節(jié)點B 處的波形為純交流（無直流分量）。在圖7-10 中節(jié)點B 是表示交流源的輸出端，因此，可以預(yù)計到該點是正弦波形。

　　圖7-11 中的其它波形需要深入思考。從節(jié)點C 開始，我們看到振幅約為交流源振幅一半的純交流波形。振幅損失是由R3 的壓降引起的，稍后再作討論。節(jié)點D 表示有5V 的直流分量的交流波形圖，該直流分量是圖7-10 的R1 和R2 產(chǎn)生的，它們對10V 直流電源分壓。最后，節(jié)點E 在圖7-11 中表示為純交流波形，直流部分通過圖7-10 中的電容C2 隔除。直流分量部分在節(jié)點D 出現(xiàn)，在節(jié)點E 處消失，這是因為電容的隔直作用或消除信號中的直流分量的作用。

　　你可以回憶一下：電容阻抗公式是：

　　XC =

　　 當頻率f 接近直流（0Hz ）時，即對直流電源，電容的阻抗為無窮大，相當于開路，所以在E 點沒有直流成分。

　　例7-2

　　計算頻率為10kHz 時圖7-10 中的電容阻抗并比較它和電阻阻抗的大小。

　　XC= = =15.9 Ω

　　阻抗為15.9 Ω是較低的。實際上，我們可以認為在10kHz 時電容短路，因為圖7-10 中電阻是非常大的。

　　這里，我們可以總結(jié)出兩點：1 ）對于直流，電容為開路；2 ）當信號頻率相當高時，對于交流信號，電容為短路。這兩個結(jié)論在電子放大器電路分析中廣泛應(yīng)用，必須牢記。

　　在其它頻率會怎樣呢？在高頻時，電容阻抗很低，因此，電容被看成短路；在低頻時，電容表現(xiàn)出大阻抗特性，短路的觀點不再正確。只要阻抗小于有效電阻的1/10 ，短路觀點通常是成立的。

　　例7-3

　　計算頻率為100Hz 時圖7-10 中的電容阻抗，并判斷在此頻率條件下短路觀點是否正確？

　　XC= = =1.59k Ω

　　由于阻抗為1.59k Ω在1000 Ω的范圍，故在該頻率時，電容不能看成短路。

　　圖7-12 是圖7-10 的等效電路圖，直流等效電路表示為由電源，R1 和R2 組成部分。那么，其它電阻和交流電源到哪兒去了呢？由于電容的隔離，它們對于直流為開路，而R1 和R2 值相等，在節(jié)點D 的直流電壓為電源的一半，即5V 。交流等效電路比較復(fù)雜，電阻R1 和R2 及R4 的節(jié)點是并聯(lián)的，因為R2 和R4 是通過圖7-10 的C2 連接，例二已說明，對于10kHz 的信號，電容C2 可以看成短路，所以，在交流等效電路中把R2 與R4 改成并聯(lián)，電阻R1 也是并聯(lián)的。因為直流電源內(nèi)阻被看成0 Ω，在交流等效電路中R1 接在電源端被看成接地，而另一端接在節(jié)點D 。這樣在D 點，3 個10k Ω并聯(lián)電阻的等效電阻值是3.33k Ω，幾乎等于R3 的值。電阻R3 和3.33k Ω的等效電阻形成分壓器，因此，在節(jié)點C 和D 及E 的交流電壓將是交流電源值的一半即5VP-P 。

　　當直流和交流的等效電路合在一起時，結(jié)果節(jié)點D 有5V 的直流電壓和5VP-P 的交流電壓。節(jié)點D 的波形已示于圖7-11 。用我們已經(jīng)學(xué)過的迭加定理，就可以確切地解釋圖7-11 所示的波形。

　　在電子電路中常用一種非常重要的概念，叫旁路。如圖7-13 所示，注意到C 2 的右端接地，就交流信號而言，有效地短路節(jié)點D 。波形顯示，節(jié)點D 只有5V 的直流電壓，因為交流信號被短路了。旁路使用在必須消除交流信號的電路節(jié)點上。

　　電容有很多的使用方法。圖7-10 中的電容C 2 經(jīng)常叫耦合電容。這個名字很好地表現(xiàn)了它的特性，因為它能耦合從節(jié)點D 到節(jié)點E 的交流信號。但是，當它耦合交流信號時，它隔開直流部分，因此也稱作隔直電容。

　　圖7-14 表示這類概念的靈活運用。設(shè)想有一個從電視臺發(fā)出的微弱信號，放大器可以用來增強此微弱信號。最好將放大器與天線放在一塊，但是天線經(jīng)常放置在屋頂。放大器需要電源，這樣，用的方法之一是用一根電線通到屋頂，而電視信號可從電纜分離。一根同軸電纜能夠提供兩種服務(wù)（直流電源和信號傳輸）。

　　圖7-14 中電池給位于同軸電纜另一端的放大器供電，同軸電纜的外層導(dǎo)體作為電池和遠程放大器的公共地。同軸電纜的內(nèi)芯作為電池和遠程放大器的正極連接線。射頻扼流圈（RFCVs ）用來隔離信號和電源電路，射頻扼流圈是用銅絲繞成的電感，在高頻有較高電抗。

　　你可以回憶一下：電感阻抗隨著頻率的增大而增大：

　　XL=2 πfL

　　線圈的阻抗和頻率成正比，當一個增大，另一個也增大。

　　在直流（f=0Hz ）時的感應(yīng)阻抗為零，直流電源通過扼流圈無損失；當頻率增大時，感抗也增大，右邊的扼流圈的感抗防止電源將高頻信號短路到地（如圖7-14 中所示）。另一個扼流圈的感抗阻止放大器交流輸出信號回到放大器電源端。

　　例7-4

　　假設(shè)圖7-14 中的射頻扼流圈電感量為10 μH ，電視信號下限頻率從54MHz 開始，計算對電視信號的最小感抗。把最小扼流圈感抗與同軸電纜阻抗比較，已知同軸電纜阻抗為75 Ω。

　　XL=2 πfL =6.28 ×54 ×106 ×10 ×10-6=3.39 k Ω

　　扼流圈阻抗幾乎為同軸電纜阻抗的50 倍，這表示扼流圈有效地把電纜上的信號與放大器的電源電路和電池隔離開。

　　圖7-14 的電容C2 和C3 是耦合電容，它們把交流信號送入和輸出同軸電纜，這些電容在信號頻率下是短路，對電源的直流信號則形成隔離，電容C1 為旁路電容，它保證放大器通過純直流電壓驅(qū)動其工作來增強電視信號。在圖7-14 中的電阻RL 為交流信號負載，用它代表電視接收機。