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。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、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U。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=AUo/AIo0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。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=8，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=8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：A=1V/VRq=8死=0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V0二Vi。(b)(a)图L8电压跟随器及其理想等效电路(b)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=8,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。

⑴（b）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。这里介绍一种用运算放大器制作的参考电压发生器，如图1所示，其特点是参考电压的大小和极性可以选择，输出的电流也较大。图1电路中的运算放大器，为常用的LM324。LM324内部有4个独立的运算放大器，工作时可单电源供电。这里仅用了1/4LM324，②脚与①脚相连接成电压跟随器电路。LM324的同相端③脚，外接由R1、R2组成的分压器，分压器的电源为+15V。当图中的R1=R2=10k。时，A点电压为7.5V。此时LM324的①输出端电压也为7.5V，但①脚的输出电流决定于LM324的输出电流（较大）。如果将R1、R2更换成电位器，电位器的中心抽头接到LM324的③脚，则该电路即为一种可变参考电压的发生器。参考电压范围约为0〜+15V。参考电压的精度取决于供给电位器电压的精度。如果