电压跟随器的相关知识

发布时间:2011-11-12 10:03:01 访问次数:1393

集成运算放大器实质上是一个高增盖的多级直接耦合放大器，具有很大的开环电压放大倍数（一般可达105，即lOOdB以上）和极高的输入阻抗（可达l06Ω，采用场效应管输入级的可达109Ω以上）。 HA17555集成运放使用中一般加入深度负反馈，由于其开环增益很大，闭环增益仅由反馈电阻决定。 集成运放通常有3种基本接法。

①反相输入放大器。输出信号Uo与输入信号Ui相位相反，放大倍数A=Uo/Ui≈-Rf/R1，如图10-47 (a)所示。

②同相输入放大器。输出信号玑与输入信号Ui相位相同，放大倍数A=Uo/Ui≈1+Rf/R1，如图10-47 (b)所示。

③电压跟随器。输出信号瓯与输入信号配相位相同，放大倍数A≈1，如图10-47 (c)所示。将图10-47 (c). (b)比较可见，电压跟随器就是Rf=O、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，因此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，向负载输出电流时几乎不在内部引起压降，可视为电压源。

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。

第五章 集成运算放大电路

教学目的要求

1、 掌握集成运放基本结构特点； 2、 掌握集成运放应用电路的分析方法； 3、 掌握集成运放的应用；

教学重点

1、教学重点

（1）概念：理想运放、二极管、三极管 （2）过程：集成运放的应用 2、教学难点

（1）过程：集成运放应用电路的分析方法 （2）理论：虚短、虚地、虚断

教学方法

1、教师讲解 2、习题讨论 3、实验 2、了解； 3、掌握；

教学学时（１０学时 ）

本章重点介绍集成运放、集成功放的典型应用，并对集成放大电路工程应用中的一些技术问题进行必要的讨论。

第一节 集成运放的结构特点及理想化条件

一、基本结构

在第一章，我们已经对集成电路做了初步的介绍，对集成运放的基本概念有了一定的感性认识。实际上，集成运放就是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路。它具有两个输入端，一个输出端。多数为两路电源供电。其内部电路结构如图５－１所示。

输入级是一个高性能的差动放大器。输入级的好坏影响着集成运放的大多数参数。一般要求其输入阻抗高，差模放大倍数大，共模抑制比高，差模输入电压及共模电压范围大，且静态电流小。

图５－

１ 集成运放的内部电路框图

中间级是整个电路的主放大器，其作用是提供较高的电压增益，一般采用共射放大电路。

输出级的作用是提供较高的输出电压和较大的输出电流。其输出电阻小，有较强的带负载能力，并且非线性失真小。

偏置电路的作用是向各个放大级提供合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。

综上所述，可以将集成运放看成一个具有高差模放大倍数，高共模抑制比，高输入阻抗，低输出阻抗的双端输入、单端输出的差动放大器。它的主要特点是：有很高的输入阻抗，很高的开环增益和很低的输出阻抗。

二、电压传输特性

我们称集成运放输出电压Uo与其输入电压Uid（即同相输入端与反相输入端之间的电

压Uid＝U+－U－）之间的关系曲线为电压传输特性，即Uo＝f（Uid）

为使运放工作在线性区，通常引入深度负反馈。

三、理想运放

所谓理想运放就是将各项技术指标理想化的集成运放，即认为：

开环差模电压放大倍数 Aod＝∞；

差模输入电阻 Rid＝∞； 输出电阻 Ro＝０； 共模抑制比 KCMR＝∞；

输入偏置电流 Iib＝０； 上限频率 fH＝∞ 等等

理想运放的电压传输特性如图５－３（b）所示。

第二节 集成运放应用电路的分析方法

一、利用理想运放的概念简化分析过程

二、集成运放线性应用电路的一般分析方法

（一） 理想运放工作在线性区的特点

当集成运放工作在线性区时，它的输入信号与输出信号应满足

Uo＝AodUid

理想运放工作在线性区时，有两个重要特点：

第一：净输入电压为零，也就是同相输入端电位与反相输入端电位相等，即

U+＝U－ （5－1）

第二：净输入电流为零，也就是说反相输入端与同相输入端的输入电流均为零，即

I＋＝I－＝０

换言之，从集成运放每个输入端看进去，都相当于断路。

（二）“虚短”、“虚地”和“虚断”的概念

⒈“虚短”的概念

虚短是理想运放工作在线性区时的重要现象之一，理想运放工作在线性区时，U＋与

U－两点的电位相等，如同两点短路了一样，这一现象称之为“虚短”。

⒉“虚地”的概念

虚地则是“虚短”现象的一个特例。在图５－５中，因为I＋＝I－＝０。故U＋＝０，而U－

＝U＋＝０，所以U－点虽不接地却如同接地一样，故称为“虚地”。

⒊ “虚断”的概念

虚断也是理想运放的重要现象之一。由于理想运放I＋＝I－＝０，如同该两点被断开一样，这种现象被称作“虚断”。

４、判断“虚短”、“虚地”的方法

“虚短”是集成运放工作在线性区时的重要现象，因此首先应该分辨出运放是否工作在线性区。判别的方法就是从电路结构上看是否引入了负反馈。工作在线性区的运放，因为U＋＝U－，故虚短现象总是存在的。此时，若有某一端是地电位，则另一输入端即为“虚地”。

（三）线性应用电路的一般分析方法

三、集成运放非线性应用电路的一般分析方法

（一）理想运放工作在非线性区的特点

理想运放工作在非线性区的两个重要特点是：

１、当U＋＞U－时 Uo＝＋UOM （5－3）

当U＋＜U－时 Uo＝－UOM （5－4）

其电压传输特性如图５－３（b）所示。

２、由于Rid＝∞，所以 I＋＝Ｉ－＝０

（二）运放非线性应用电路的一般分析方法

与线性应用电路类似，在分析集成运放非线性应用电路时，以上述两个特点为基本出发点，推论出电路输出与输入之间的关系。

这里需要特别指出，运放工作在非线性区时，U＋≠U－，其净输入电压U＋－U－的大小取决于电路的实际输入电压及外接电路的参数。

总之，在分析运放的应用电路时，一般将它看成理想运放，首先根据有无反馈及反馈极性判断集成运放的工作区域，然后根据不同区域的不同特点分析电路输出与输入的关系，进而弄清其工作原理。

第三节 集成运放的应用

一、 反相直流放大器

由图可以看出，电路引入了电压并联负反馈。运放工作在线性区。所以利用“虚短”和“虚断”特点，可得出

Uo＝－IfRf Ui＝IiR1 Ii＝If

闭环电压增益

Auf＝UoR＝－fUiR1（5－5）

上式中，“－”表示Uo与Ui反相位（或反极性）。当R1＝Rf时，Auf＝－１，Uo＝－Ui。电路变为反相器。对于直流放大器，意味着输出信号Uo的变化量与输入信号Ui的变化的增量方向相反。 根据理想运放的特点及反馈理论可知，由于反相端“虚地”，且电路引入的是深度电压负反馈，所以

Rif＝闭环输入电阻

UiR1Ii（5－6）

闭环输出电阻

Rof０（5－7）

在图５－６中，电阻R2称为平衡电阻，其作用是为了保证运放的两个输入端处于静态平衡的状态，避免因电阻不平衡时，偏置电流引起的失调。

R2＝R1∥Rf 。 （5－8）

二、同相直流放大器

同相直流放大器的基本电路如图５－７所示。

U－＝R1UoR1＋Rf

U－＝U＋

U+＝Ui

Auf＝闭环电压增益

UoRf＝１＋UiR1（5－9）

Rif＝闭环输入电阻

UiIi（5－10）

闭环输出电阻 Rof≈0 （5－11）

三、电压跟随器

电压跟随器是增益等于一的电路，其输出电压跟随输入电压。

在同相直流放大器中，当R1＝∞时，可得如图５－８（a）所示的电压跟随器；当R1＝∞，且Rf＝R2＝０时，可得图５－８（b）所示的电压跟随器。根据同相直流放大器Auf的计算式可得 Auf≈１

四、差动直流放大器

差动直流放大器用来放大差模信号，抑制共模信号，或做减法运算。其基本电路如图５－９所示。

利用迭加原理，可以对其分析、计算。方法如下：

设Ui1单独作用时输出电压为Uo1，此时应令Ui2＝０，电路为反相放大器

Uo1＝－RfR1

设Ui2单独作用时输出电压为Uo2，

此时应令Ui1＝０，电路为同相放大器

U＋＝R3Ui2R2＋R3

RfUo2＝１＋R1RfU＝１＋＋R1R3RRUi232

所以，当Ui1、Ui2同时作用于电路时

Uo＝Uo1＋Uo2

Rf１＋R1＝R3RfU－RRi2RUi1312

当R1＝R2 ,Rf＝R3

Uo＝RfUi2－Ui1R1（5－12）

由上式可以看出，输出信号只反映了输入信号的差值，而不反映共模信号。即放大差模，抑制共模。其闭环差模电压增益为

Auf＝UoR＝fUi2－Ui1R1

当R1＝Rf时， Uo＝Ui2－Ui1 ,实现了两个信号的减法运算。

五、反相交流放大器

第一， 直流放大器，要求有较高的直流电压增益，而交流放大器不要求具有直流电压增益。即可以使直流电压增益为零。由于电压增益高的直流放大器，其失调和漂移对输出影响较大。若采用直流电压增益为零的交流放大器，则可减小失调和漂移的影响。

第二，采用电容耦合的交流放大器，不必考虑前后级之间的电平配合，而且构成多级放大器时，各运放的漂移不会逐级放大。故工作点十分稳定。

因此，在仅放大交流信号的场合，应采用交流放大器。

反相交流放大器的基本电路如图５－ = 10 \\* Arabic 10所示，采用双电源供电。C1为输入耦合电容。静态时C1开路，电路引入了百分之百的负反馈，U＋＝U－＝Uo＝０。对输入信号而言，电路引入了电压并联负反馈。因此，运放工作在线性区。由电路可以看出：

＝－UoRfR1＋1jC1Ui闭环电压增益

UAuf＝o＝－UiRfR1＋1jC1＝－RfR111－j1R1C1（5－13）

由上式可已看出：当ω＝０时，

＝０Auf，即直流电压增益为零。

Aum＝－令

RfR1为中频电压放大倍数，则有

Auf＝Aum11－j1R1C1

Auf＝Aum又令 （5－14）

111－jR1C1＝１１１＋RC112＝１２可得下限截止频率

1fL＝２R1C1上限截止频率由集成运放的上限截止频率决定。在通带内，C1可视为短路，则

RfR1Auf＝Aum＝－闭环电压增益

（5－15）

闭环输入电阻 Rif≈R1 （5－16）

闭环输出电阻 Rof≈０。 （5－17）

六、同相交流放大器

同相交流放大器的基本电路如图５－ = 11 \\* Arabic 11所示，输入信号ui通过耦合电容C2

加在运放的同相输入端。电阻R2构成为运放同相端提供偏置的直流通路。静态时，与反相交流放大器类似，U＋＝U－＝Uo＝０。对交流信号而言（在通带内），电容C1、C2和C3 可 看作短路，所以

闭环电压增益

UｏRAuf＝＝１＋fUiR1（5－18）

闭环输入电阻 Ｒif≈Ｒ2

闭环输出电阻 Ｒof≈０

七、 加法器

图５-14是反相加法器。Ｒf引入了深度电压并联负反馈，故运放工作在线性区，且反相端为“虚地”，即u－＝u＋＝０。因此有

i１＝uuui1ui2＝i2i３＝i3if＝－oR1R2R3Rf

if＝i１i２i３由以上各式可得 uo＝－ifRf

ui1ui2ui3＝－RfRRR231

若取Rf＝R1＝R2＝……Rn，则uo＝－（ui1＋ui2＋……uin）。

图５－ 14中，电阻R为平衡电阻，取R＝R1∥R2∥R3∥Rf

反相加法器的突出特点是：当改变某一输入回路的电阻值时，只改变该路输入信号的放大倍数（比例系数），而不影响其它输入信号的放大倍数。因此，调节灵活方便

图５－ 15所示电路为同相加法器，根据理想运放工作在线性区的“虚短”、“虚断”特点，分析可得

Rf2uｏ＝１Rf1ui1ui2ui3RRRR231（5－20）

其中

R＝R１∥R２∥R３∥R

电阻的配接应满足平衡要求： R1∥R2∥R3∥R＝Rf1∥Rf2 。

例５－１ 图５－ = 16 \\* Arabic 16（ａ）所示是一个反相输入的加法器电路。已知R1＝R2

＝R3＝Ｒf。如果ui1、ui2、ui3的波形如图５－ = 16 \\* Arabic 16（ｂ）所示，试画出输出电压uo的波形。

解 输出电压uo为

ＲＲfＲfｆuo＝－u＋u＋uＲi1Ri2Ri3＝－ui1＋ui2＋ui323１

先画出（ui1＋ui2＋ui3）的波形，再画出uo＝－（ui1＋ui2＋ui3）的波形，如图５－ = 16 \\* Arabic 16（c）所示。

图５－16 例５－１电路

九、积分器

积分器的输出电压正比于输入电压对时间的积分，其一般表示式为

uo＝Ｋuidt（5－21）

图５－ = 17 \\* Arabic 17（ａ）所示电路是由电阻Ｒ和电容Ｃ构成的简单积分电路。通过电容的

iC＝电流为

uRR

uR是电阻R两端的电压，其数值为 uR＝ui－uo＝ui－uC

输出电压uo，即电容两端电压是iC的积分

１１uo＝uC＝iCdt＝uRdtＣRC

可以看出，只有当ui＞＞uo时，uR≈ui，uo才与ui近似成积分关系

uo１uidtRC

iC＝iR＝uiR

uC＝u－－uo＝－uo电容两端电压

１u１uo＝－uC＝－idt＝－uidtＣRRC其值为iC的积分 （5－22）

。积分运算的精度与简单ＲＣ积分电路相比有了极大的提高。

当ui为常量时

uo＝－１uitRC（5－23）

可见只要集成运放工作在线性区，uo与ui就成线性关系。

十、 微分器

微分器的输出电压与输入电压对时间的微分成正比，其一般表达式为：

duuo＝ｋidt

由于微分与积分互为逆运算，所以只要将积分器的电阻与电容位置互换，便可得到微分器，如图５－ = 18 \\* Arabic 18所示，显然，反相端仍为虚地。由图可得

iC＝CduCdu＝Ｃidtdt

iC＝iR

duiuo＝－iRR＝－RCdt（5－24） 故

图５－ = 18 \\* Arabic 18中，R1为平衡电阻，取R1＝R 。

积分器类似，由集成运放构成的微分器的运算精度，远远高于由Ｒ、Ｃ元件组成的简单微分电路。

例５－２ 电路如图５－ = 19 \\* Arabic 19所示，求解uo与u1、u2、u3之间的运算关系。 解 当多个运算电路相连接时，应按顺序求出每个运算电路输入与输出间的运算关系，然后求出整个电路的运算关系。

uo1的表达式为

uo1＝－１１udt＝－udt＝－10u1dt1361R1Ｃ１001010

利用迭加原理求得uo2的表达式为

R4uo2＝１＋R3∥R2R４R４u－u－o1R２Ru３２３

202020＝１＋－10u1dt－u2－u310∥101010 ＝－50u1dt－２u２－２u３

uo的表达式为

Ｒ100uo＝－７uo2＝－－50u1dt－２u２－２u３Ｒ６10

＝500u1dt＋20u2＋20u3例５－３ 电路如图５－20（ａ）所示

设其两个输入信号ui1和ui2皆为阶跃信号，它们的波形如图（ｂ）所示，请在同样的时间坐标上画出uo的波形。

解 首先分析电路的输入、输出关系。由理想运放的“虚断”特点可得

iC＝i1＋i2

又由于反相端为“虚地”所以

１１uo＝－uＣ＝－iＣdt＝－i１＋i２dtＣＣ

１１＝－udt＋udti2RＣi1R２Ｃ１

= 2 \\* GB3 ② 当ｔ＝0～0.5ｓ时，ui1＝１Ｖ，ui2＝0, 则

uO＝－１tudt＝－＝－５ti1R１Ｃ２105106

即输出电压按照每秒５Ｖ的速度向负方向直线增长，当ｔ＝t0＝0.5ｓ时

uo＝－５×0.5＝－2.5Ｖ。

当ｔ≥0.5ｓ时，ui1＝１Ｖ，ui2＝－１Ｖ，则

tui1ui2uo＝uoto－＋RCRCdt12＝t0t－0.5t－0.5uo2.5s－－5610510621010＝－2.5＋5（t－0.5）＝5t－5



此时输出电压按照每秒５Ｖ的速度向正方向直线增长，波形如图５－ = 20 \\* Arabic 20（b）。

但输出电压不可能无增大，当uo等于集成运放的最大输出电压＋UOM时，便达到饱和，不再继续增大。

十一、有源滤波器

如图５－21所示。理想的滤波器应有矩形的幅频特性，但在实际中，这种理想特性是不能 实现的。从图５－21可以看出：低通滤波器──允许低频信号通过，将高频信号衰减；高通滤波器─—允许高频信号通过，将低频信号衰减；带通滤波器─—允许某一频带范围内的信号通过，将此频带以外的信号衰减；带阻滤波器─—阻止某一频带范围内的信号通过，而允许此频带之外的信号通过。

利用电阻、电容和电感等无源元件构成的滤波电路，称为无源滤波器。用有源器件和

无源元件配合构成的滤波器称为有源滤波器。无源滤波器的传输系数（输出与输入的比值）低，其最大值只能达到１，而且带负载能力差，负载电阻的变化将引起其截止频率和传输系数的变化。为了克服无源滤波器的这些缺点，可以将无源滤波器接到集成运放的输入端， 组成有源滤波器。如图５－22所示。

在有源滤波器中，集成运放起着隔离和放大的作用，提高了电路的增益。由于集成运放的输入电阻很高，故运放本身对RC网络的影响很小，同时集成运放的输出电阻很低，因而大大提高了电路的带负载能力。

对于图５－22（ａ）所示的一阶有源低通滤波器，分析可得电压放大倍数（传输函数）为

RfUAuR1A＝o＝＝ffUi1＋j１＋jf0f01＋RfR1（5－25）

Ａu＝１＋式中

为电路的通带电压放大倍数

１f0＝２RC为截止频率

对于图５－22（b）所示的一阶有源高通滤波器，用类似的方法可求出有关参数。

为了使滤波器的幅频特性更加接近于理想特性，可以在一阶滤波电路的基础上，再增加一级RC电路，构成二阶滤波电路。将高通滤波器和低通滤波器进行不同的组合，可以构成带通滤波器和带阻滤波器。

十二、过零电压比较器

电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，在测量、控制以及波形产生等方面有着广泛的应用。在这类电路中，都要有给定的参考电压（基准电压）。通常是将一个模拟电压信号与一个参考电压比较。比较的结果（即比较器的输出），通常用两种电位分别表示被比信号的大或小。在比较器中，电路不是处在开环工作状态，就是引入正反馈。所以集成运放都工作在非线性区。因而输出电压只有两种情况，不是＋UOM,就是－UOM。也就是说，比较器的输入信号是连续变化的模拟量，而输出信号则是数字量，即“１”或“０”。因此，比较器可以作为模拟电路与数字电路的接口。

参考电压为零的比较器称为过零电压比较器，简称过零比较器。根据输入方式的不同又可分为反相输入式和同相输入式两种。反相输入式过零比较器的同相输入端接地，而同相输入式过零比较器的反相输入端接地。它们的电路及电压传输特性如图５－23所示。

对于反相输入式过零比较器，当输入信号电压ui＞０时，输出电压uo为－UOM；当ui＜０时，

uo为＋UOM。如图５－23（ａ）、（c）。

对于同相输入式过零比较器，当输入信号电压ui＞０时，输出电压uo为 ＋UOM；当ui＜０时，uo为－UOM。如图５－23（ｂ）、（e）。

为了使比较器的输出电压等于某个特定值，可以采取限幅的措施。图５－23（d）中，电阻R和双向稳压管VZ构成限幅电路，稳压管的稳压值Uz＜UOM，VZ的正向导通电压为UD。所以输出电压uo＝±（Uz＋UD）。

在实用电路中常将稳压管接到集成运放的反相输入端，如图５－23（f）所示。假设稳压管VZ截止，则集成运放必工作在开环状态，其输出不是＋UOM就是－UOM；这样，稳压管就必然一个工作在稳压状态，一个工作在正向导通状态。电路存在从uo到反向输入端的负反馈通路，所以反向输入端为虚地，uo则仍为±（Uz＋UD）。这种电路的优点是集成运放的净输入电压很小。电阻R1一方面避免输入电压ui直接加在反相输入端，另一方面也了输入电流。

十三、单限电压比较器

单限电压比较器（简称单限比较器）又称为电平检测器，可用于检测输入信号电压是否大于或小于某一特定值。根据输入方式，可分为反相输入式、同相输入式和求和型三种。他们的电路和相应的电压传输特性如图５－24所示。其中图（ａ）和图（c）分别是反相输入式和同相输入式。图中的UR是一个固定的参考电压，由它们的传输特性可以看

出，当输入信号ui的值等于参考电压UR时，输出电压uo就发生跳变。传输特性上输出电压发生转换时的输入电压称为门限电压UTH。单限比较器只有一个门限电压。其值可以为正，也可以为负。前面讨论过的过零比较器实际上是单限比较器的一种特例，它的门限电压UTH＝０。

反相输入式和同相输入式单限比较器的工作原理与过零比较器类似。只不过此时参考电压为UR，而不是零。

由以上讨论可以看出，只要改变参考电压UR的大小和极性，就可改变门限电压UTH的大小和极性。

十四、滞回电压比较器

滞回电压比较器（简称滞回比较器）又称为施密特触发器。这种比较器的特点是当输 入电压ui逐渐增大以及逐渐减小时，两种情况下的门限电压不相等，传输特性呈现出“滞

回”曲线的形状。滞回比较器可以采用反相输入方式，也可以采用同相输入方式。反相输入滞回比较器的电路及传输特性如图５－25所示。Ｒf、R2将输出电压uo取出一部分反馈到同相输入端，从而引入了正反馈。电路的工作原理如下：

当ui由小逐渐增大，开始时，由于u－＝ui＜u＋，故输出高电平，即

uo＝＋（Uz＋UD）

＝u＋此时同相输入端的电位为

R2Uz＋UD＝UTH＋R2＋Rf

当ui增大到使

u－＞u＋时，电路状态发生翻转，输出低电平，即

uo＝－（Uz＋UD）

＝－u＋此时同相输入端的电位变为

R2Uz＋UD＝UTH－R2＋Rf

在此状态下，若ui减小，只要

ui＞u＋，则仍维持输出低电平。只有ui减小到使

ui＜u＋时，

电路状态才发生翻转，输出高电平。其电压传输特性如图５－25（ｂ）所示。

从曲线上可以看出，当UTH－＜ui＜UTH＋，输出电压既可能是＋（Uz＋UD），又可能是－（Uz＋UD）。如果ui是从小于UTH－逐渐变大到UTH－＜ui＜UTH＋，则输出为高电平；如果ui是从大于UTH＋逐渐变小到UTH－＜ui＜UTH＋，则输出应为低电平。所以在电压传输特性曲线上应标明方向，如图中箭头所示。

由以上分析可以看出，滞回比较器有两个门限电压：上门限电压UTH＋和下门限电压UTH－，两者之差称为回差电压或门限宽度：

ΔUTH＝UTH＋－UTH－ （5－26）

因此当输入信号通过一个门限电压，一旦输出发生翻转，即使ui中有干扰，只要此时ui的波动值小于门限宽度，则uo就不会发生错误翻转。可见滞回比较器具有较强的抗干扰能力。另外，由于电路中引入了正反馈，因而加速了比较器的翻转过程。故滞回比较器具有比较陡的翻转斜率。

这里需要说明的是，比较器可以用通用的集成运放组成 ，也可以采用专用的集成比较器。用通用集成运放构成的比较器主要缺点是输出电平与数字逻辑电平不兼容。需要对输出电压进行箝位（限幅），以满足数字电路逻辑电平的要求。而专用集成电压比较器，其输出电平与数字电路的逻辑电平兼容，且响应速度较快。

例５－４ 在图５－25所示电路中，已知：R2＝10kΩ,Rf＝20ｋΩ，稳压管的稳压值UZ＝11.3Ｖ，正向导通电压UD＝0.7Ｖ，输入电压波形如图５－26（ａ）所示，试画出uo的波形。

解 uo＝±（Uz＋UD）＝±（11.3＋0.7）＝±12Ｖ

UTH＋＝R2Uz＋UD＝1012＝４ＶR2＋Rf10＋20

UTH－＝－４V

根据电压传输特性曲线便可画出uo的波形，如图５－26（ｂ）所示。

十五、方波发生器

图５－27所示为方波发生器，虚线框内为滞回比较器，它的输出电压uo＝±UOM，参考电压

u＋＝±

R1UOM＝UＲR1＋R2。Rf 、Ｃ组成一个负反馈网络，uo通过Rf对电容C充电使C上获

得一个三角波电压uC。运放将uC与u+进行比较，根据比较结果决定输出状态：

当uC＞u+时，uo＝－UOM；

当uC＜u＋时，uo＝＋UOM。

设某一时刻输出电压uo＝＋UOM，则u+＝＋UR。uo通过电阻Rf对电容C充电（如图中实线箭头所示），u－随时间t逐渐升高，当t趋于无穷时，u－应趋于+UOM；但是，当uC＞＋UR时，uo就从＋

UOM跳变为－UOM，u+从＋UR变为－UR。电容C开始放电（如图中虚线箭头所示），u－随时间t逐

渐降低，当时间t趋于无穷时，u－应趋于－UOM；但是，当u－＜－UR时，uo就从－UOM跳变为＋UOM，

u＋从－UR变为＋UR，电容又充电。就这样周而复始，电路产生自激振荡。由于电容充电与放电时

间常数相同，所以输出电压为对称的方波，即占空比为１／２的方波，如图５－27（b）所示。所谓占空比是指方波的宽度TK与其周期T的比值。电路的振荡周期为

２R1T＝２RfCln1＋R2（5－27）（完）

、

电压跟随器，顾名思义，就是输出电压与输入电压是相同的，就是说，电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。

电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高，而输出阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。

在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。应用电压跟随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。

电压跟随器的另外一个作用就是隔离，在HI-FI电路中，关于负反馈的争议已经很久了，其实，如果真的没有负反馈的作用，相信绝大多数的放大电路是不能很好的工作的。但是由于引入了大环路负反馈电路，扬声器的反电动势就会通过反馈电路，与输入信号叠加。造成音质模糊，清晰度下降，所以，有一部分功放的末级采用了无大环路负反馈的电路，试图通过断开负反馈回路来消除大环路负反馈的带来的弊端。但是，由于放大器的末级的工作电流变化很大，其失真度很难保证。

在这里，电压跟随器的作用正好达到应用，把电路置于前级和功放之间，可以切断呀扬声器的反电动势对前级的干扰作用，使音质的清晰度得到大幅度提高。

电压跟随器是用一个三极管构成的共集电路，它的电压增益是一，所以叫做电压跟随器。那么电压跟随有什么作用呢?共集电路是输入高阻抗，输出低阻抗，这就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。举一个应用的例子：电吉他的信号输出属于高阻，接入录音设备或者音箱时，在音色处理电路之前加入这个电压跟随器，会使得阻抗配匹，音色更加完美。很多电吉他效果器的输入部分设计都用到了这个电路。

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。电路的特点是：高输入电阻、低输出电阻、电压增益近似为1，因此它可以完成上述功能。

电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，你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。