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电压跟随器的工作原理及用途

助工
2020-04-22 21:59:28    评分

电压跟随器的工作原理及用途


电压跟随器是共集电极电路,信号从基极输入,射极输出,故又称射极输出器。基极电压与集电极电压相位相同,即输入电压与输出电压同相。这一电路的主要特点是:高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1,所以叫做电压跟随器。


电压跟随器主要用途在哪里

1、缓冲、隔离

在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高,而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗,起到承上启下的作用。因为,电压放大器的输入阻抗一般比较高,通常在几千欧到几十千欧,如果后级的输入阻抗比较小,那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候,就需要电压跟随器进行缓冲。起到承上启下的作用。电压跟随器还可以提高输入阻抗,可以大幅度减小输入电容的大小,为应用高品质的电容提供保证。

运放,是运算放大器的简称。运算放大器是用模拟电子器件(如晶体管,场效应管,二极管等)构成的模拟集成电路,它的特点是有很高的放大倍数和抗干扰能力,因此可以被设计成各种用途的派生电路,如电压比较器、窗口电路、波形发生电路等等,其中也有电压跟随器。

典型线路如图所示:


在电路中,电压跟随器一般做缓冲级(buffer)及隔离级。因为,电压放大器的输出阻抗一般比较高,通常在几千欧到几十千欧,如果后级的输入阻抗比较小,那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候,就需要电压跟随器进行缓冲。起到承上启下的作用。电压跟随器还可以提高输入阻抗,可以大幅度减小输入电容的大小,为应用高品质的电容提供保证。

电压跟随器的另外一个作用就是隔离,在HI-FI电路中,关于负反馈的争议已经很久了,其实,如果真的没有负反馈的作用,绝大多数的放大电路是不能很好地工作的。但是引入了大环路负反馈电路,扬声器的反电动势就会通过反馈电路与输入信号叠加,造成音质模糊、清晰度下降。所以,有一部分功放的末级采用了无大环路负反馈的电路,试图通过断开负反馈回路来消除大环路负反馈的带来的弊端。但是,由于放大器的末级的工作电流变化很大,其失真度很难保证。

2、阻抗匹配、提高带载能力

共集电路的输入高阻抗,输出低阻抗的特性,使得它在电路中可以起到阻抗匹配(阻抗从字面上看就与电阻不一样,其中只有一个阻字是相同的,而另一个抗字呢?简单地说,阻抗就是电阻加电抗,所以才叫阻抗;周延一点地说,阻抗就是电阻、电容抗及电感抗在向量上的和。在直流电的世界中,物体对电流阻碍的作用叫做电阻,世界上所有的物质都有电阻,只是电阻值的大小差异而已。电阻小的物质称作良导体,电阻很大的物质称作非导体,而最近在高科技领域中称的超导体,则是一种电阻值几近于零的东西。但是在交流电的领域中则除了电阻会阻碍电流以外,电容及电感也会阻碍电流的流动,这种作用就称之为电抗,意即抵抗电流的作用。

电容及电感的电抗分别称作电容抗及电感抗,简称容抗及感抗。它们的计量单位与电阻一样是欧姆,而其值的大小则和交流电的频率有关系,频率愈高则容抗愈小感抗愈大,频率愈低则容抗愈大而感抗愈小。此外电容抗和电感抗还有相位角度的问题,具有向量上的关系式,因此才会说:阻抗是电阻与电抗在向量上的和)的作用,能够使得后一级的放大电路更好的工作。举一个应用的典型例子:电吉他的信号输出属于高阻,接入录音设备或者音箱时,在音色处理电路之前加入这个电压跟随器,会使得阻抗匹配,音色更加完美。

运放电路分析

下图是一个比较典型的运放电路,我们分析一下这个电路。这里用到虚短和虚断的知识,不知道的翻翻模电的书补补。

由于虚短,运放器输入的正负端之间的电压相等(2,3之间相当于短路),由于虚断,运放器输入的正负端没有电流进入(相当于断路)。所以2端的电流相当于输入电压Ui,而通过R6的电流等于通过R7的电流,所以可以得到如下公式:

I(通过R6和R7)=(Uo-Ui)/R7 = Ui/R6

解方程得Uo=Ui*(1+R7/R6),也就是Uo对Ui有一个(1+R7/R6)的比例运算。

至于R5的值得选取,一般取R6和R7并联得到的值。(原因涉及到运算放大器的内部结构)

跟随器的实现

由上面的公式Uo=Ui*(1+R7/R6),我们可以思考一下,当R7为0,R6为无穷大的时候,会产生什么事情呢?

效果如下图:R7为零,相当于短路,R6为无穷大相当于短路。

由公式Uo=Ui*(1+R7/R6)=Ui*(1+0)=Ui。

由此可知,输入与输出电压相等,实现了跟随器的电路。这样的电路使该电路的输入阻抗为无穷大,好处请自行百度。

常用的低速运放如下,大众、价格便宜且容易采购。

电压跟随器的计算分析

电压跟随器是增益等于一的电路,其输出电压跟随输入电压

在同相直流放大器中,当R1=∞时,可得如图(a)所示的电压跟随器;当R1=∞,且Rf=R2=0时,可得图(b)所示的电压跟随器。根据同相直流放大器Auf的计算式可得: Auf≈1





关键词: 电压跟随器     缓冲器     运放     运算放大器    

工程师
2020-04-22 22:24:58    评分
2楼

这种应用下,如果运放的2、3Pin,脚位对调后会如何呢?


助工
2020-04-22 22:30:18    评分
3楼

输出的内阻小,驱动力较强,这是该电路的特点~


助工
2020-04-22 22:37:51    评分
4楼

再温习了一次基础知识~


助工
2020-04-22 22:42:05    评分
5楼

运放的2、3Pin,脚位对调后

-- 应该是不能正常工作的,不然大家可以试试!


菜鸟
2020-04-22 23:21:22    评分
6楼

这种主要考虑运放的失调电压了,失调电压太大不适合很多mV级输出跟随


工程师
2020-04-23 14:57:23    评分
7楼

用途还是挺多的


助工
2020-04-23 17:55:39    评分
8楼

用处还不少


助工
2020-04-23 18:12:52    评分
9楼

干货


助工
2020-04-24 14:16:58    评分
10楼

长知识了


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