电压跟随器的原理及电路

更新时间:2023-05-26 06:04:42 阅读: 评论:0

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电压跟随器的原理及电路
2023年5月26日发(作者:平安车险理赔)

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电压跟随器的原理及电路

电压跟随器具有很高的输入阻抗和很低的输出阻抗,是最常用的阻抗

变换和匹配电路。电压跟随器常用作电路的输入缓冲级和输出缓冲

级,如图9-28所示。作为整个电路的高阻抗输入级,可以减轻对信

号源的影响。作为整个电路的低阻抗输出级,可以提高带负载的能力。

电压跟随器一般由晶体管或集成运算放大器构成。

(1)晶体管射极跟随器

晶体管构成的电压跟随器的典型电路如图9-29所示。R1为基极偏

置电阻,R2为发射极电阻,C1C2分别为输入、输出耦合电容。由

于电路的输出电压Uo从晶体管VT的发射极引出,并且输出电压U

o与输入电压配相位相同、幅度也大致相同,所以晶体管电压跟随器

又叫做射极跟随器。

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射极跟随器对交流而言,电源相当于短路,晶体管VT的集电极是

接地的,因此这是一个共集电极电路。图9-30为其交流等效电路。

射极跟随器具有输入阻抗很高、输出阻抗很低的显著特点,如图9

-31所示。

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输入阻抗Ri是指从电路输入端看进去的阻抗,等于输入电压Ui

与输入电流Ib之比,即Ri=Ui/Ib。射极跟随器实质上是一个电压反

馈系数F=l的串联电压负反馈放大器,输出电压Uo全部作为负反馈

电压反馈到输入回路,抵消了绝大部分输入电压Ui,所以Ib

小。根据Ri=Ui/Ib可知,射极跟随器的输入阻抗Ri是很高的,可达

几百干欧。

输出阻抗Ro是指从电路输出端看进去的阻抗。需要注意的是,

出阻抗Ro并不等于发射极电阻Re它等于由于负载变化引起的输出

电压变化量△Uo与输出电流变化量△Io之比,即Ro=Uo/Io。这

个特性也是由于电路的强负反馈作用。当负载变化引起输出电压Uo

下降时,输入电压配被负反馈抵消的部分也随之减少,使得Uo回升,

最终保持Uo基本不变。当负载变化引起输出电压Uo上升时,负反

馈电压也随之增大,同样使得Uo保持基本不变。这就意味着射极跟

随器的输出阻抗Ro是很小的,一般仅为几十欧。

(2)集成运放电压跟随器

由于集成运放具有极高的开环增益,所以集成运放电压跟随器的

性能非常接近理想状态,并且无外围元件,无须调整,这是晶体管电

压跟随器(射级跟随器)所无法比拟的。集成运放电压跟随器得到了

越来越广泛的应用。

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集成运放电压跟随器电路如图9-32所示。它实际上就是Rf=0R

1=∞,反馈系数F=l时的同相输入放大器。由于集成运放本身的高增

益特性,用集成运放构成的电压跟随器具有极高的输入阻抗,几乎不

从信号源汲取电流,同时具有极低的输出阻抗,向负裁输出电流时几

乎不在内部引起电压降,可视为电压源。

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电压跟随器的等效电路

若在同相放大器中的置R1=∞和R2=0,就是成为单位增益放大器,或电压跟随器

如图1.8a)所示。值得注意的是,这个电路有运算放大器和将输出完全反馈

到输入的一根导线所组成。这种闭环参数是:

等效电路如图(b)所示,作为一个电压放大器,这个跟随器并没有尽职,因为

它的增益仅仅为1。然而,它的特长是起到一个阻抗变换的作用。因为从它的输

入看进去,它是一个开路;而从它的输出端看进去是短路,源值为V0=Vi

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为了领会这个特点,现在考虑一个源,其电压为Vs,要将其跨接在某一个负载

RL上。如果这个源始理想的,那么要做的就是用一根导线将两者连接起来。然

而,就是这个源有非零输出电阻Rs,如下图(a)所示,那么RsRL将构成电

压分压器,VL的幅度一定会小于Vs的幅度,这是由于在Rs上的压降关系。现

在用一个电压跟随器来替换这跟导线如图(b)所示,因为这个跟随器有Ri=∞,

在输入端部存在加载,所以VI=VS。再者,因为跟随器有Ro=0,从输出端口也不

存在加载,所以VL=VI=VS,这表明现在RL接受了全部原电源电压而且无任何损

失。因此,这个电压跟随器的作用就是在源和负载之间起到一个缓冲作用。

还能观察到,现在源没有输送出任何电流,所以也不存在功率损耗,而在上

图(a)电路中却存在。由RL所吸收的电流和功率现在是由运算放大器提供的,

而则个还是从运算放大器的电源取得的,不过在图中并没有明确表示出来。因此,

除了将UL完全恢复到VS值之外,跟随器还免除了Vs提供任何功率。

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