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电压跟随电路的原理及电路分析

2017-06-05
类别:行业趋势
eye 371
文章创建人 拍明

       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,。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。R1为基极偏置电阻,R2为发射极电阻,C1C2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。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。

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。它实际上就是Rf=0R1=∞,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=∞R2=0,就是成为单位增益放大器,或电压跟随器。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,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,下,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。

一、电压跟随器简介:

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,也就是电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。当RF=0R1=∞,即uo=uiAuf=1这时输出电压跟随输入电压作形同的变化,称为电压跟随器。

二、电压跟随器电路分析(部分资源来源于网络)

分析一:

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;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

分析二:

输入电阻大输出电阻小,能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小.

那么电压跟随有什么作用呢?概括地讲,电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。

电压跟随器的显著特点就是,输入阻抗高,而输出阻抗低。一般来说,输入阻抗可以达到几兆欧姆,而输出阻抗低,通常只有几欧姆,甚至更低。

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。

这种情况下电压跟随器可以很好地工作,把电路置于前级和功放之间,可以切断扬声器的反电动势对前级的干扰作用,使音质的清晰度得到大幅度提高。

分析三:低偏差电压跟随:

低偏差电压跟随.png

为了达到让电吉他阻抗配匹,使其音色更加完美的作用。技术人员经研究开发出了如上图所示的新型电压跟随器电路。

由图我们可以发现,新型电压跟随器电路由两个参数一致的运算放大器,及电阻R1R2组成。其中,运算放大器U1A的正极输入端接电压跟随器的输出电压Vout,然后将运算放大器U1A的负极输入端与串联的电阻R1和电阻R2连接后,再将其连接到运算放大器U1B的负极输入端,并且,我们需要将运算放大器U1A的输出端与电阻R1和电阻R2连接,运算放大器U1B的输出端接电压跟随器的输出电压Vout,而运算放大器U1B的正极输入端接电压跟随器的输入电压Vin

运算放大器U1A和运算放大器U1B为同一芯片封装上的两个参数一致的运算放大器,则两运算放大器的输入电压偏差相等,即Vin-Ua=Vout=Vout-Ub;两运算放大器的输入偏置电流也相等Ib1=Ib2。选择R1=R2。则:Ua=Uc+Ib2*R2=Uc+Ib1*R1=Ub

新型电压跟随器电路.png

三、电压跟随器电路特点分析:

电压跟随器常用作中间级,以隔离前后级之间的影响,此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。

电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点,可以极端一点去理解,当输入阻抗很高时,就相当于对前级电路开路;当输出阻抗很低时,对后级电路就相当于一个恒压源,即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路,输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用,即使前、后级电路之间互不影响。

 



责任编辑:Davia

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