嵌入式硬件电路原理图之跟随电路

描述

电压跟随电路

电压跟随器是共集电极电路，信号从基极输入，射极输出，故又称射极输出器。基极电压与集电极电压相位相同，即输入电压与输出电压同相。这一电路的主要特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，所以叫做电压跟随器。

电压跟随器电路

电压跟随器作用及特点：

那么电压跟随有什么作用呢？概括地讲，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。

共集电路的输入高阻抗，输出低阻抗的特性，使得它在电路中可以起到阻抗匹配的作用，能够使得后一级的放大电路更好的工作。

电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。

电压跟随器常用作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。

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。

电压跟随器

电压跟随电路

LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

1/2 LM358则是用了LM358中的一个运算放大器。

在仔细分析Voltage Follower前先补充一下要用到的电路知识。

一个重要电路模型——倒向比例器

电压跟随电路

 

在实际应用中经常把非倒向端与公共端连接起来（接地），而只在倒向端加输入电压

 

电压跟随电路

设输入电压用一个电压为ui的电压源表示，对节点圈1、圈2列出结点电压方程，有

（1/R1+1/Ri+1/R2）un1-（1/R2）un2=ui/R1

（解释：上式的一般形式是G11un1+G12un2=iS11

G11=1/R1+1/Ri+1/R2，G11为结点圈1的自导，自导总是正的，它等于联结于各结点支路电导之和；G12=-1/R2，G12是圈1、圈2这对结点间的互导。互导总是负的，它们等于连接于两结点间支路电导的负值。is11=ui/R1，is11表示结点圈1的注入电流。注入电流等于流向结点的电流源的代数和，流入结点者前面面取“+”号，流出结点者前面取“-”号。注入电流源还应包括电压源和电阻串联组合经等效变换形成的电流源。IS=GUS，这里US=ui，G=1/R1，故IS=ui/R1，iS11=IS=ui/R1。）

-（1/R2）un1+（1/Ro+1/R2）un2=-Au-/Ro

由于un1=u-，un2=uo，改写上列方程，得

***

***

联立求解上列方程，求得

所以uo/ui=***

从上式可见，由于A很大，Ro很小，Ri很大，再选择适当的R1和R2，则有

uo/ui≈-R2/R1

上式的负号就是倒向比例器倒向的体现

如果把上图中的运放当作理想运放，由于A=oo，Ri=oo，R0=0，从uo/ui=***可直接求得

uo/ui=-R2/R1

含有理想运算放大器的电路的分析

按有关理想运放的性质，可以得到以下两条规则：

（1）倒向端和非倒向端的输入电流均为零［可称之为“虚断（路）”］；

（2）对于公共端（地），倒向输入端的电压与非倒向输入端的电压相等［可称之为“虚短（路）”］。

分析由LM358组成的Voltage Follower

电压跟随电路

 

图中运放为理想运放，根据相关性质容易得出uo=ui，同时有ii=0。

此电路的输出电压完全“重复”输入电压，故称为电压跟随器。由于Ri为无限大，所以它又起“隔离作用”。