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  • 電壓跟隨器,電壓跟隨器是怎么實現跟隨電壓的
    • 發布時間:2022-07-30 15:58:14
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    電壓跟隨器,電壓跟隨器是怎么實現跟隨電壓的
    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。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生的信號損耗,起到承上啟下的作用。
    因為,電壓放大器的輸入阻抗一般比較高,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的部分損耗在前級的輸出電阻中。
    在這個時候,就需要電壓跟隨器進行緩沖。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,為應用高品質的電容提供保證。
    運放,是運算放大器的簡稱。運算放大器是用模擬電子器件(如晶體管,場效應管,二極管等)構成的模擬集成電路,它的特點是有很高的放大倍數和抗干擾能力,因此可以被設計成各種用途的派生電路,如電壓比較器、窗口電路、波形發生電路等等,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。因為,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的部分損耗在前級的輸出電阻中。
    在這個時候,就需要電壓跟隨器進行緩沖。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,為應用高品質的電容提供保證。
    電壓跟隨器的另外一個作用就是隔離,在HI-FI電路中,關于負反饋的爭議已經很久了,其實,如果真的沒有負反饋的作用,絕大多數的放大電路是不能很好地工作的。
    但是引入了大環路負反饋電路,揚聲器的反電動勢就會通過反饋電路與輸入信號疊加,造成音質模糊、清晰度下降。
    所以,有一部分功放的末級采用了無大環路負反饋的電路,試圖通過斷開負反饋回路來消除大環路負反饋的帶來的弊端。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,世界上所有的物質都有電阻,只是電阻值的大小差異而已。
    電阻小的物質稱作良導體,電阻很大的物質稱作非導體,而最近在高科技領域中稱的超導體,則是一種電阻值幾近于零的東西。
    但是在交流電的領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。
    舉一個應用的典型例子:電吉他的信號輸出屬于高阻,接入錄音設備或者音箱時,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。
    運放電路分析
    下圖是一個比較典型的運放電路,我們分析一下這個電路。
    由于虛短,運放器輸入的正負端之間的電壓相等(2,3之間相當于短路),由于虛斷,運放器輸入的正負端沒有電流進入(相當于斷路)。
    所以2端的電流相當于輸入電壓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)的比例運算。
    至于R5的值得選取,一般取R6和R7并聯得到的值。(原因涉及到運算放大器的內部結構)
    電壓跟隨器
    跟隨器的實現
    由上面的公式Uo=Ui*(1+R7/R6),我們可以思考一下,當R7為0,R6為無窮大的時候,會產生什么事情呢?
    效果如下圖:R7為零,相當于短路,R6為無窮大相當于短路。
    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,實現了跟隨器的電路。
    電壓跟隨器
    電壓跟隨器的計算分析
    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R1=∞時,可得如圖(a)所示的電壓跟隨器;當R1=∞,且Rf=R2=0時,可得圖(b)所示的電壓跟隨器。根據同相直流放大器Auf的計算式可得: Auf≈1
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