电压跟随器的原理及电路.doc

(完整word版)电压跟随器的原理及电路
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，C1、C2分别为输入、PCF8583T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Uo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。

      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。

    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Uβ反馈到输入回路，抵消了绝大部分输入电压Ui，所以Ib很小。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，输出阻抗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。
    集成运放电压跟随器电路如图9-32所示。它实际上就是Rf=0，R1=∞，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。

（3）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1.8（a）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。

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Rs和RL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。