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電壓跟隨器-電壓跟隨器是如何實(shí)現(xiàn)跟隨電壓的?-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2021-06-22 

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電壓跟隨器-電壓跟隨器是如何實(shí)現(xiàn)跟隨電壓的?-KIA MOS管


電壓跟隨器介紹

電壓跟隨器是共集電極電路,信號從基極輸入,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

1、緩沖、隔離

在一定程度上可以避免由于輸出阻抗較高,而下一級輸入阻抗較小時產(chǎn)生的信號損耗,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,如果后級的輸入阻抗比較小,那么信號就會有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中。


在這個時候,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:


電壓跟隨器


在電路中,電壓跟隨器一般做緩沖級(buffer)及隔離級。因?yàn)?,電壓放大器的輸出阻抗一般比較高,通常在幾千歐到幾十千歐,如果后級的輸入阻抗比較小,那么信號就會有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級的輸出電阻中。


在這個時候,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)聲器的反電動勢就會通過反饋電路與輸入信號疊加,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,其中只有一個阻字是相同的,而另一個抗字呢?


簡單地說,阻抗就是電阻加電抗,所以才叫阻抗;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)域中則除了電阻會阻礙電流以外,電容及電感也會阻礙電流的流動,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,能夠使得后一級的放大電路更好的工作。


舉一個應(yīng)用的典型例子:電吉他的信號輸出屬于高阻,接入錄音設(shè)備或者音箱時,在音色處理電路之前加入這個電壓跟隨器,會使得阻抗匹配,音色更加完美。


運(yùn)放電路分析

下圖是一個比較典型的運(yùn)放電路,我們分析一下這個電路。


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Ui有一個(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))


電壓跟隨器


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為無窮大的時候,會產(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。


電壓跟隨器


電壓跟隨器的計(jì)算分析

電壓跟隨器是增益等于一的電路,其輸出電壓跟隨輸入電壓


在同相直流放大器中,當(dāng)R1=∞時,可得如圖(a)所示的電壓跟隨器;當(dāng)R1=∞,且Rf=R2=0時,可得圖(b)所示的電壓跟隨器。根據(jù)同相直流放大器Auf的計(jì)算式可得: Auf≈1



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