今天说一下电压跟随器的电路原理和仿真,以及电压跟随器的波形分析
电压跟随电路原理是同相放大电路的衍生产物,是放大倍数为1的同相放大电路。熟悉运放的网友都知道,理想的同相放大电路的输入阻抗无穷大,输出阻抗无穷小。
电压跟随器是运放的一种特殊应用方式,很容易得到结论Vout=Vin。输出电压跟随输入电压,因此称之为“电压跟随器”。
如图1,就是电压跟随器的电路模型。电压跟随器就是在输出电压全部引到到反相输入端,信号从同相端输入。
图0 电压跟随器原理的模型.jpg
图1
因此,电压跟随器是电压串联负反馈放大器的特例,反馈电压等于输出电压,输出电压与输入电压同相位,输出电压略小于输入电压,所以称为“电压跟随器”。

Au=1
R1接近无穷大
基于此特性,在实际电路应用中,电压跟随器一般用电压跟随器起缓冲、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。
下面如图2所述,就是一个电压跟随器电路,它的输入阻抗高,一般为兆欧级别,
输出阻抗低,一般为几十欧姆,电压跟随器在信号处理的前后端用的非常多,主要是用来缓存和隔离信号用。
图1.jpg
图2
下面我们先在图1的基础上,在Multisim上把电路搭建起来电如下如图2的参数,进行一下仿真,在Vin处放置示波器探头B测量点,,在Vout处放置示波器探头A测量点,分别是示波器的通道A和通道B,仿真电路中的示波器通道A为红色线,通道B为蓝色线。
图3仿真电路示波器通道A和通道B的测量点
360截图20211003230159066.jpg
图3

图4、图5是仿真示波器的波形图,我们可以看到,在Vin的输入端输入信号时,输出端的信号跟随输入信号的幅度和频率都相等的显示出来。

图3.jpg

图4

图90.jpg

图5

示波器上黄色线是输入,蓝色为输出。
下面我们在实际电路中进行测试分析波形的情况。
我们先进行第一种输入情况是直流的时候,如图6,输入出输出都是直流信号时,黄色输入信号和蓝色输出信号都是相同的直线。
图4.jpg

如图6,输入出输出都是直流信号时

这种情况主要在一些电压比较敏感的地方,比如ADC的参考电压,我们输入通常是通过一个电压跟随器,给ADC的参考电压端,输入的直流信号是1.06V,输出也是1.06V。
下面测量输入是交流的情况下的实际电路测量的波形。如图7
图5.jpg

图7

图中,Vin为交流信号,黄色是输入,蓝色是输出的电压跟随器输入输出波形。
图中测量的输入的峰峰值是416mV左右,输出的峰峰值也在476mV左右,频率都10KHz。
在测量的图中,我们可以看到输入和输出的幅值和相位都是一样的。图8是峰值变化的测量波形。
图80.jpg

图8

然后,对输入信号的频率进行改变,输出信号也随之同步变化。
并且,对输入信号的幅值进行改变,输出信号的幅值也随之同步进行变化。


我们在对电压跟随器进行仿真和测量的同时,从实际电路的测量情况可以分析认识对射极跟随器电路的主要特点,电压跟随器的输入电阻高,传递信号源信号效率高;输出电阻低,带负载能力强;电压放大倍数小于1而接近于1,且输出电压与输入电压相位相同,具有跟随特性,因而在实用中,广泛用作输出级或中间隔离级。

需要说明的是,射极跟随器电路虽然没有电压放大作用,但仍有电流放大作用,因而有功率放大作用。
通过以上的分析,大家是否对电压跟随器有进一步的认识呢。