隔直电容分析
隔直电容分析
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
对于隔直电容的理解，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，查阅了隔直电容相关的资料，总结了一下自己的理解。
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2
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3
图4
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5
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6
且看仿真结果：
图7
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/(2piRC)。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/(2pi*RC)趋近于零，任何信号无阻碍通过。
这里还有一个电路，且看：
图8
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/(2piRC)确定。