[科普中国]-耦合电容

耦合电容，又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合电容器是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止低频电流进入弱电系统，保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器除以上作用外，还可抽取工频电压供保护及重合闸使用，起到电压互感器的作用。

定义耦合电容，又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合电容器是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止低频电流进入弱电系统，保证人身安全。带有电压抽取装置的耦合电容器除以上作用外，还可抽取工频电压供保护及重合闸使用，起到电压互感器的作用。

耦合耦合指信号由第一级向第二级传递的过程，一般不加注明时往往是指交流耦合。从电路来说，总是可以区分为驱动电源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对 于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作。这就是耦合。

退耦退耦是指对电源采取进一步的滤波措施，去除两级间信号通过电源互相干扰的影响。耦合常数是指耦合电容值与第二级输入阻抗值乘积对应的时间常数。

退耦三个目的

1.将电源中的高频纹波去除，将多级放大器的高频信号通过电源相互串扰的通路切断；

2.大信号工作时，电路对电源需求加大，引起电源波动，通过退耦降低大信号时电源波动对输入级/高电压增益级的影响；

3.形成悬浮地或是悬浮电源，在复杂的系统中完成各部分地线或是电源的协调匹有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供一个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地。

耦合方式干扰源产生的干扰信号是通过一定的耦合通道对电控系统发生电磁干扰作用的。干扰的耦合方式无非是通过导线、空间、公共线等作用在电控系统上。分析下来主要有以下几种。

直接耦合：这是干扰侵入最直接的方式，也是系统中存在最普遍的一种方式。如干扰信号通过导线直接侵入系统而造成对系统的干扰。对这种耦合方式，可采用滤波去耦的方法有效地抑制电磁干扰信号的传入。

公共阻抗耦合：这也是常见的一种耦合方式。常发生在两个电路的电流有共同通路的情况。公共阻抗耦合有公共地和电源阻抗两种。防止这种耦合应使耦合阻抗趋近于零、使干扰源和被干扰对象间没有公共阻抗。

电容耦合：又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式1。

电磁感应耦合：又称磁场耦合。是由于内部或外部空间电磁场感应的一种耦合方式，防止这种耦合的常用方法是对容易受干扰的器件或电路加以屏蔽。

辐射耦合：电磁场的辐射也会造成干扰耦合，是一种无规则的干扰。这种干扰很容易通过电源线传到系统中去。另当信号传输线较长时，它们能辐射干扰波和接收干扰波，称为天线效应。

漏电耦合：所谓漏电耦合就是电阻性耦合。这种干扰常在绝缘降低时发生。

原理电容接在交流电路中，一个脚接的电路的电压逐渐升高，逐渐在所在的极板集聚电荷，等待该脚所接的电路的电压下降时，再将电位高时积聚的电荷返回电路。另端也是如此。电容是绝缘的，整个电容并没有电流通过，但是它随着电位升高、降低而集聚和释放电荷的现象，使人误以为是有电流通过。因此，它能把直流隔离，而交流信号呢，以两端升高和降低电位的形式，耦合过来，传给以下的电路元件。电容有通交流阻直流的特性，作为耦合电容，它的作用是允许交流信号正常通过，而隔断上一级放大电路的直流电流，使之对下一级放大电路工作点不会产生影响。电容为什么能够使交流电流过而直流电不能流过呢？电容的两个极板能够存储电荷但并没有形成回路，直流电可以给电容充电，但当电容两端电压与电源电压相同时电路稳定下来，故而不会有电流流过；交流电的正半周给电容充电，负半周时先给电容放电，如此不断的充电和放电，相当于电流流过电容，形成通路。

作用电容耦合的作用是将交流信号从前一级传到下一级。耦合的方法还有直接耦合和变压器耦合的方法。直接耦合效率最高，信号又不失真，但是，前后两级工作点的调整比较复杂，相互牵连。为了使后一级的工作点不受前一级的影响，就需要在直流方面把前一级和后一级分开，同时，又能使交流信号从前一级顺利的传递到后一级，同时能完成这一任务的方法就是采用电容传输或者变压器传输来实现。他们都能传递交流信号和隔断直流，使前后级的工作点互不牵连。但不同的是，用电容传输时，信号的相位要延迟一些，用变压器传输时，信号的高频成分要损失一些。一般情况下，小信号传输时，常用电容作为耦合元件，大信号或者强信号传输时，常用变压器作为耦合元件。

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所