电压跟随器

电压跟随器实验测试1.原理及作用：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。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所示。它实际上就是Rf=0，R1=∞，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。电压跟随器的等效电路：若在同相放大器中的置R1=∞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：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=Vi。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=∞，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。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。2.实验器材:（1）：函数信号发生器（2）:双踪示波器（3）：UA741（4):直流稳压电源（+12V,-12V）（5）：导线若干3.性能测试：(1）测量电压放大倍数Au在IN+端接入不同正弦信号，调输入信号幅度，用示波器测量输出端的信号频率及幅度，在不失真情况下，通过公式Au=Vo/Vi计算增益。测量数据计入下表。（2）根据以上结果，分析设计跟随器的跟随特性。序号12345输入电压1.72V1.71V8.28V4.83V4.01V输入频率20.0KHZ29.9KHZ30.1KHZ100KHZ500HZ输出电压1.70V1.70V8.30V4.23V3.72V输出频率20.0KHZ29.9KHZ30.1KHZ100KHZ500HZ增益0.9880.991.01失真情况失真失真4.仿真及实物图：