単電源で交流が出力する理由

質問

直感的に理解できません。どなたか、ご教授ください。
エミッタ-接地増幅回路等で、交流増幅が可能です。その際、カップリングコンデンサーから交流が出力されます。
これは、カップリングコンデンサーからバイアスが除去されると教科書には書いています。
しかし、単電源（正電源）なのに、負の電圧が出力することが理解できません。０Vから正電圧しかないのに、負の電圧が出力する理由がわかりません。容量性のリアクタンス等で教科書では説明していますが、
直感的に理解できません。
　宜しくお願いします。

回答No.3

soramist

直感的な説明をします。
（理論抜きです）

No.2さんが、良い説明をなさっておられますが、いまいち、とおもいますので、これをベースに解説します。
（No.2さん、ごめんなさい。(-_-;)）

　　　　ーーーCcーーーーーー｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜　　　
前段アンプ出力　　　　　　　　　R
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　｜
　　　　ーーーーーーーーーー｜

電源が入り、ほんのちょっと時間が経つと、カップリングコンデンサCc
は、左側がプラスに、右側が0Vに充電されて静止します。

この後に信号が入って来て、Ccの左側は（仮に）8Vから12Vに上がった
とすると、Ccの右側は0Vから4Vに上がります。
信号が8Vから4Vに下がると、Ccの右側は0Vから-4Vに下がります。
つまりコンデンサは”8Vのチャージ電圧を持ったまま”でいるのです。
（ここまでNo.2さんの説明と同じ）

コンデンサが8Vを保持したままでいられなくなるときがあります。
それはCのインピーダンスに比べてRが大幅に小さくなったときです。
これが、低域カットオフ周波数　fc=1/2πCR　で表される通過帯域の条件です。

fcで利得は-3dBとなり、それ以上高い周波数では-6dB/octで減衰して行きます。
Cを大きくすると、充電電圧を維持できるので、通過周波数はより低くできます。

後段の電圧が、前段より高いときも同様です。

お礼

回答、感謝致します。
直感的にイメージすることができました。
感謝です。
カットオフ周波数についても理解できました。
カップリングコンデンサーの出力側で０Vが出力する理由が
理解できませんでしたが、今回のアドバイスで理解できました。
soramistさんのアドバイスをもう少し、自分なりに勉強して、
習得致したいと、思っています。
有り難うございます。

回答No.2

noname#89072

例として適当かちょっとわかりませんが、
例えばこういうことがあります。
(図)

(1)でAMP出力が4V出て、直結されたコンデンサも4Vに充電されます。

(2) でコンデンサの下側端子を切り離します。(またはインピーダンスを高くする)

(3) でAMP 出力が2V に下がると、コンデンサ下側端子の電圧は -2V になります。
もちろんコンデンサから電荷が漏れていれば電圧は小さくなっていきますが。

お礼

回答ありがとうございます。
正直、僕の知識ではイメージを広げることができませんでした。
もう少し、勉強して、newman2様の意図をイメージさせていただきます。難しいですね。僕の勉強が足りません。
　有り難うございます。

回答No.1

tance

リアクタンスで説明するのはいかにも教科書的ですが、直感的に理解
するには、コンデンサを電池と思う方が良いでしょう。

コンデンサは電荷を貯めます。貯めっぱなしだとどこまでも電圧が
上昇するし、放電させればいずれ０Vになります。でも、充電と放電が
バランスするとどんな電圧でも貯めることができる「電池」のように
振る舞います。

電池があるなら、プラス電源の回路からマイナス電圧を取り出すことは
不思議ではないですね。

コンデンサの電荷の出入り（バランス）については、できればご自分で
考えてみてください。このあたりを理解するには相当悩むことも
あるかもしれませんが、大変良い電子回路的思考訓練になります。

お礼

早速に、ご回答感謝致します。
カップリングコンデンサーの入り口、出口で、
バイアスの排除等がリアクタンスでなら、なんとなく判るのですが、
出力に０Vが出たり、負の電圧が出力されたり・・・。
これらを充放電で直感的にイメージできません。
もう少し、頭を柔らかくして、深く勉強してみます。
　この件で、アドバイス頂ければ幸いです。
自分自身、勉強不足を痛感致します。