什么是電壓跟隨器？電壓跟隨器是如何實(shí)現(xiàn)跟隨電壓的?

時(shí)間：2020-04-21 23:33:26

關(guān)鍵字：共集電極電路電壓跟隨器

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[導(dǎo)讀]電壓跟隨器是共集電極電路，信號(hào)從基極輸入，射極輸出，故又稱射極輸出器。基極電壓與集電極電壓相位相同，即輸入電壓與輸出電壓同相。這一電路的主要特點(diǎn)是：高輸入電阻、低輸出電阻、電壓增益近似為1，所以叫做電壓跟隨器。

電壓跟隨器是共集電極電路，信號(hào)從基極輸入，射極輸出，故又稱射極輸出器?；鶚O電壓與集電極電壓相位相同，即輸入電壓與輸出電壓同相。這一電路的主要特點(diǎn)是：高輸入電阻、低輸出電阻、電壓增益近似為1，所以叫做電壓跟隨器。

電壓跟隨器主要用途在哪里

1、緩沖、隔離

在一定程度上可以避免由于輸出阻抗較高，而下一級(jí)輸入阻抗較小時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)損耗，起到承上啟下的作用。因?yàn)椋妷悍糯笃鞯妮斎胱杩挂话惚容^高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。電壓跟隨器還可以提高輸入阻抗，可以大幅度減小輸入電容的大小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供保證。

運(yùn)放，是運(yùn)算放大器的簡稱。運(yùn)算放大器是用模擬電子器件(如晶體管，場效應(yīng)管，二極管等)構(gòu)成的模擬集成電路，它的特點(diǎn)是有很高的放大倍數(shù)和抗干擾能力，因此可以被設(shè)計(jì)成各種用途的派生電路，如電壓比較器、窗口電路、波形發(fā)生電路等等，其中也有電壓跟隨器。

典型線路如圖所示：

在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)(buffer)及隔離級(jí)。因?yàn)椋妷悍糯笃鞯妮敵鲎杩挂话惚容^高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。電壓跟隨器還可以提高輸入阻抗，可以大幅度減小輸入電容的大小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供保證。

電壓跟隨器的另外一個(gè)作用就是隔離，在HI-FI電路中，關(guān)于負(fù)反饋的爭議已經(jīng)很久了，其實(shí)，如果真的沒有負(fù)反饋的作用，絕大多數(shù)的放大電路是不能很好地工作的。但是引入了大環(huán)路負(fù)反饋電路，揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢就會(huì)通過反饋電路與輸入信號(hào)疊加，造成音質(zhì)模糊、清晰度下降。所以，有一部分功放的末級(jí)采用了無大環(huán)路負(fù)反饋的電路，試圖通過斷開負(fù)反饋回路來消除大環(huán)路負(fù)反饋的帶來的弊端。但是，由于放大器的末級(jí)的工作電流變化很大，其失真度很難保證。

2、阻抗匹配、提高帶載能力

共集電路的輸入高阻抗，輸出低阻抗的特性，使得它在電路中可以起到阻抗匹配(阻抗從字面上看就與電阻不一樣，其中只有一個(gè)阻字是相同的，而另一個(gè)抗字呢?簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗;周延一點(diǎn)地說，阻抗就是電阻、電容抗及電感抗在向量上的和。在直流電的世界中，物體對(duì)電流阻礙的作用叫做電阻，世界上所有的物質(zhì)都有電阻，只是電阻值的大小差異而已。電阻小的物質(zhì)稱作良導(dǎo)體，電阻很大的物質(zhì)稱作非導(dǎo)體，而最近在高科技領(lǐng)域中稱的超導(dǎo)體，則是一種電阻值幾近于零的東西。但是在交流電的領(lǐng)域中則除了電阻會(huì)阻礙電流以外，電容及電感也會(huì)阻礙電流的流動(dòng)，這種作用就稱之為電抗，意即抵抗電流的作用。

電容及電感的電抗分別稱作電容抗及電感抗，簡稱容抗及感抗。它們的計(jì)量單位與電阻一樣是歐姆，而其值的大小則和交流電的頻率有關(guān)系，頻率愈高則容抗愈小感抗愈大，頻率愈低則容抗愈大而感抗愈小。此外電容抗和電感抗還有相位角度的問題，具有向量上的關(guān)系式，因此才會(huì)說：阻抗是電阻與電抗在向量上的和)的作用，能夠使得后一級(jí)的放大電路更好的工作。舉一個(gè)應(yīng)用的典型例子：電吉他的信號(hào)輸出屬于高阻，接入錄音設(shè)備或者音箱時(shí)，在音色處理電路之前加入這個(gè)電壓跟隨器，會(huì)使得阻抗匹配，音色更加完美。

運(yùn)放電路分析

下圖是一個(gè)比較典型的運(yùn)放電路，我們分析一下這個(gè)電路。這里用到虛短和虛斷的知識(shí)，不知道的翻翻模電的書補(bǔ)補(bǔ)。

由于虛短，運(yùn)放器輸入的正負(fù)端之間的電壓相等(2,3之間相當(dāng)于短路)，由于虛斷，運(yùn)放器輸入的正負(fù)端沒有電流進(jìn)入(相當(dāng)于斷路)。所以2端的電流相當(dāng)于輸入電壓Ui，而通過R6的電流等于通過R7的電流，所以可以得到如下公式：

I(通過R6和R7)=(Uo-Ui)/R7 = Ui/R6

解方程得Uo=Ui*(1+R7/R6),也就是Uo對(duì)Ui有一個(gè)(1+R7/R6)的比例運(yùn)算。

至于R5的值得選取，一般取R6和R7并聯(lián)得到的值。(原因涉及到運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu))

跟隨器的實(shí)現(xiàn)

由上面的公式Uo=Ui*(1+R7/R6)，我們可以思考一下，當(dāng)R7為0，R6為無窮大的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生什么事情呢?

效果如下圖：R7為零，相當(dāng)于短路，R6為無窮大相當(dāng)于短路。

由公式Uo=Ui*(1+R7/R6)=Ui*(1+0)=Ui。

由此可知，輸入與輸出電壓相等，實(shí)現(xiàn)了跟隨器的電路。這樣的電路使該電路的輸入阻抗為無窮大，好處請(qǐng)自行百度。

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