直流電路與交流電路的區(qū)別和特點(diǎn)

　　　一個(gè)原因是電路課程中經(jīng)常遇到直流和交流的概念是分開(kāi)處理的。實(shí)際上，在同一電子電路中，存在直流分量和交流分量?jī)煞N狀態(tài)?，F(xiàn)在讓我們更為清楚了解與融合在電路中同時(shí)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(guò)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(fù)的平均值。兩個(gè)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(méi)有電池組，這個(gè)波形的平均值將會(huì)是0 Ｖ。

　　圖7-10 表示的是一個(gè)既有直流源又有交流源的RC （電阻- 電容）電路。這個(gè)電路同很多線(xiàn)性電子電路具有相似之處，這些線(xiàn)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(hào)。這樣，在線(xiàn)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(diǎn)處的波形，這些波形發(fā)生于圖7-10 中不同節(jié)的點(diǎn)處。節(jié)點(diǎn)是兩個(gè)和兩個(gè)以上電路元件（如電阻、電容等）的連接點(diǎn)。這兩個(gè)圖有助于理解我們需要掌握的線(xiàn)性電子電路的一些重要特性。

　　在節(jié)點(diǎn)A 處的波形，如圖7-11 ，表示的是純直流，該點(diǎn)沒(méi)有任何交流分量，因?yàn)樵趫D7-10 中的節(jié)點(diǎn)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(diǎn)B 處的波形為純交流（無(wú)直流分量）。在圖7-10 中節(jié)點(diǎn)B 是表示交流源的輸出端，因此，可以預(yù)計(jì)到該點(diǎn)是正弦波形。

　　圖7-11 中的其它波形需要深入思考。從節(jié)點(diǎn)C 開(kāi)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(diǎn)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(duì)10V 直流電源分壓。最后，節(jié)點(diǎn)E 在圖7-11 中表示為純交流波形，直流部分通過(guò)圖7-10 中的電容C2 隔除。直流分量部分在節(jié)點(diǎn)D 出現(xiàn)，在節(jié)點(diǎn)E 處消失，這是因?yàn)殡娙莸母糁弊饔没蛳盘?hào)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(dāng)頻率f 接近直流（0Hz ）時(shí)，即對(duì)直流電源，電容的阻抗為無(wú)窮大，相當(dāng)于開(kāi)路，所以在E 點(diǎn)沒(méi)有直流成分。

　　例7-2

　　計(jì)算頻率為10kHz 時(shí)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(shí)際上，我們可以認(rèn)為在10kHz 時(shí)電容短路，因?yàn)閳D7-10 中電阻是非常大的。

　　這里，我們可以總結(jié)出兩點(diǎn)：1 ）對(duì)于直流，電容為開(kāi)路；2 ）當(dāng)信號(hào)頻率相當(dāng)高時(shí)，對(duì)于交流信號(hào)，電容為短路。這兩個(gè)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(huì)怎樣呢？在高頻時(shí)，電容阻抗很低，因此，電容被看成短路；在低頻時(shí)，電容表現(xiàn)出大阻抗特性，短路的觀(guān)點(diǎn)不再正確。只要阻抗小于有效電阻的1/10 ，短路觀(guān)點(diǎn)通常是成立的。

　　例7-3

　　計(jì)算頻率為100Hz 時(shí)圖7-10 中的電容阻抗，并判斷在此頻率條件下短路觀(guān)點(diǎn)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(shí)，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(duì)于直流為開(kāi)路，而R1 和R2 值相等，在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)是并聯(lián)的，因?yàn)镽2 和R4 是通過(guò)圖7-10 的C2 連接，例二已說(shuō)明，對(duì)于10kHz 的信號(hào)，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?yàn)橹绷麟娫磧?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(diǎn)D 。這樣在D 點(diǎn)，3 個(gè)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(diǎn)C 和D 及E 的交流電壓將是交流電源值的一半即5VP-P 。

　　當(dāng)直流和交流的等效電路合在一起時(shí)，結(jié)果節(jié)點(diǎn)D 有5V 的直流電壓和5VP-P 的交流電壓。節(jié)點(diǎn)D 的波形已示于圖7-11 。用我們已經(jīng)學(xué)過(guò)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(hào)而言，有效地短路節(jié)點(diǎn)D 。波形顯示，節(jié)點(diǎn)D 只有5V 的直流電壓，因?yàn)榻涣餍盘?hào)被短路了。旁路使用在必須消除交流信號(hào)的電路節(jié)點(diǎn)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(gè)名字很好地表現(xiàn)了它的特性，因?yàn)樗荞詈蠌墓?jié)點(diǎn)D 到節(jié)點(diǎn)E 的交流信號(hào)。但是，當(dāng)它耦合交流信號(hào)時(shí)，它隔開(kāi)直流部分，因此也稱(chēng)作隔直電容。

　　圖7-14 表示這類(lèi)概念的靈活運(yùn)用。設(shè)想有一個(gè)從電視臺(tái)發(fā)出的微弱信號(hào)，放大器可以用來(lái)增強(qiáng)此微弱信號(hào)。最好將放大器與天線(xiàn)放在一塊，但是天線(xiàn)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(xiàn)通到屋頂，而電視信號(hào)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(hào)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(yuǎn)程放大器的公共地。同軸電纜的內(nèi)芯作為電池和遠(yuǎn)程放大器的正極連接線(xiàn)。射頻扼流圈（RFCVs ）用來(lái)隔離信號(hào)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(xiàn)圈的阻抗和頻率成正比，當(dāng)一個(gè)增大，另一個(gè)也增大。

　　在直流（f=0Hz ）時(shí)的感應(yīng)阻抗為零，直流電源通過(guò)扼流圈無(wú)損失；當(dāng)頻率增大時(shí)，感抗也增大，右邊的扼流圈的感抗防止電源將高頻信號(hào)短路到地（如圖7-14 中所示）。另一個(gè)扼流圈的感抗阻止放大器交流輸出信號(hào)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(hào)下限頻率從54MHz 開(kāi)始，計(jì)算對(duì)電視信號(hào)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(hào)與放大器的電源電路和電池隔離開(kāi)。

　　圖7-14 的電容C2 和C3 是耦合電容，它們把交流信號(hào)送入和輸出同軸電纜，這些電容在信號(hào)頻率下是短路，對(duì)電源的直流信號(hào)則形成隔離，電容C1 為旁路電容，它保證放大器通過(guò)純直流電壓驅(qū)動(dòng)其工作來(lái)增強(qiáng)電視信號(hào)。在圖7-14 中的電阻RL 為交流信號(hào)負(fù)載，用它代表電視接收機(jī)。