電壓跟隨器的原理及電路

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電壓跟隨器的原理及電路

電壓跟隨器具有很高的輸入阻抗和很低的輸出阻抗，是最常用的阻抗

變換和匹配電路。電壓跟隨器常用作電路的輸入緩沖級和輸出緩沖

級，如圖9-28所示。作為整個電路的高阻抗輸入級，可以減輕對信

號源的影響。作為整個電路的低阻抗輸出級，可以提高帶負載的能力。

電壓跟隨器一般由晶體管或集成運算放大器構成。

(1)晶體管射極跟隨器

晶體管構成的電壓跟隨器的典型電路如圖9-29所示。R1為基極偏

置電阻，R2為發射極電阻，C1、C2分別為輸入、輸出耦合電容。由

于電路的輸出電壓Uo從晶體管VT的發射極引出，并且輸出電壓U

o與輸入電壓配相位相同、幅度也大致相同，所以晶體管電壓跟隨器

又叫做射極跟隨器。

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射極跟隨器對交流而言，電源相當于短路，晶體管VT的集電極是

接地的，因此這是一個共集電極電路。圖9-30為其交流等效電路。

射極跟隨器具有輸入阻抗很高、輸出阻抗很低的顯著特點，如圖9

-31所示。

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輸入阻抗Ri是指從電路輸入端看進去的阻抗，等于輸入電壓Ui

與輸入電流Ib之比，即Ri=Ui/Ib。射極跟隨器實質上是一個電壓反

饋系數F=l的串聯電壓負反饋放大器，輸出電壓Uo全部作為負反饋

電壓Uβ反饋到輸入回路，抵消了絕大部分輸入電壓Ui，所以Ib很

小。根據Ri=Ui/Ib可知，射極跟隨器的輸入阻抗Ri是很高的，可達

幾百干歐。

輸出阻抗Ro是指從電路輸出端看進去的阻抗。需要注意的是，輸

出阻抗Ro并不等于發射極電阻Re，它等于由于負載變化引起的輸出

電壓變化量△Uo與輸出電流變化量△Io之比，即Ro=△Uo/△Io。這

個特性也是由于電路的強負反饋作用。當負載變化引起輸出電壓Uo

下降時，輸入電壓配被負反饋抵消的部分也隨之減少，使得Uo回升，

最終保持Uo基本不變。當負載變化引起輸出電壓Uo上升時，負反

饋電壓也隨之增大，同樣使得Uo保持基本不變。這就意味著射極跟

隨器的輸出阻抗Ro是很小的，一般僅為幾十歐。

(2)集成運放電壓跟隨器

由于集成運放具有極高的開環增益，所以集成運放電壓跟隨器的

性能非常接近理想狀態，并且無外圍元件，無須調整，這是晶體管電

壓跟隨器（射級跟隨器）所無法比擬的。集成運放電壓跟隨器得到了

越來越廣泛的應用。

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集成運放電壓跟隨器電路如圖9-32所示。它實際上就是Rf=0，R

1=∞，反饋系數F=l時的同相輸入放大器。由于集成運放本身的高增

益特性，用集成運放構成的電壓跟隨器具有極高的輸入阻抗，幾乎不

從信號源汲取電流，同時具有極低的輸出阻抗，向負裁輸出電流時幾

乎不在內部引起電壓降，可視為電壓源。

（3）

電壓跟隨器的等效電路

若在同相放大器中的置R1=∞和R2=0,就是成為單位增益放大器，或電壓跟隨器

如圖1.8（a）所示。值得注意的是，這個電路有運算放大器和將輸出完全反饋

到輸入的一根導線所組成。這種閉環參數是：

等效電路如圖（b）所示，作為一個電壓放大器，這個跟隨器并沒有盡職，因為

它的增益僅僅為1。然而，它的特長是起到一個阻抗變換的作用。因為從它的輸

入看進去，它是一個開路；而從它的輸出端看進去是短路，源值為V0=Vi。

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為了領會這個特點，現在考慮一個源，其電壓為Vs，要將其跨接在某一個負載

RL上。如果這個源始理想的，那么要做的就是用一根導線將兩者連接起來。然

而，就是這個源有非零輸出電阻Rs，如下圖（a）所示，那么Rs和RL將構成電

壓分壓器，VL的幅度一定會小于Vs的幅度，這是由于在Rs上的壓降關系。現

在用一個電壓跟隨器來替換這跟導線如圖（b）所示，因為這個跟隨器有Ri=∞，

在輸入端部存在加載，所以VI=VS。再者，因為跟隨器有Ro=0，從輸出端口也不

存在加載，所以VL=VI=VS，這表明現在RL接受了全部原電源電壓而且無任何損

失。因此，這個電壓跟隨器的作用就是在源和負載之間起到一個緩沖作用。

還能觀察到，現在源沒有輸送出任何電流，所以也不存在功率損耗，而在上

圖（a）電路中卻存在。由RL所吸收的電流和功率現在是由運算放大器提供的，

而則個還是從運算放大器的電源取得的，不過在圖中并沒有明確表示出來。因此，

除了將UL完全恢復到VS值之外，跟隨器還免除了Vs提供任何功率。

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