电压跟随器

零件和材料

• 一个 NPN 晶体管——推荐使用 2N2222 或 2N3403 型（Radio Shack 目录号 #276-1617 是一个包含 15 个 NPN 晶体管的包，非常适合此实验和其他实验）
• 两节 6 伏电池
• 两个 1 kΩ 电阻器
• 一个 10 kΩ 电位器，单圈，线性锥度（Radio Shack 目录 # 271-1715）

请注意，并非所有晶体管都具有相同的端子名称或引脚 ，即使它们具有相同的外观。这将决定如何将晶体管连接在一起以及如何连接到其他组件，因此请务必查看制造商的规格（组件数据表），可从制造商的网站轻松获取。

请注意，晶体管的封装甚至制造商的数据表可能会显示不正确的端子识别图！强烈建议使用万用表的“二极管检查”功能仔细检查引脚标识。

关于如何使用万用表识别双极晶体管端子的详细信息，请参阅本系列丛书半导体卷（卷三）第4章。

交叉引用

电路课程 ，第 3 卷第 4 章：“双极结晶体管”

学习目标

• 没有实际接地连接时电路“接地”的目的
• 使用分流电阻器和电压表测量电流
• 测量放大器电压增益
• 测量放大器电流增益
• 放大器阻抗变换

原理图

插图

说明

再次注意，您为该实验选择的晶体管可能与此处显示的端子名称不同，因此插图中显示的面包板布局可能不适合您。在我的插图中，我展示了所有带有标记为“CBE”的端子的 TO-92 封装晶体管：集电极、基极和发射极，从左到右。

这对于 2N2222 型晶体管和其他一些晶体管是正确的，但不适用于所有;甚至不适用于所有 NPN 型晶体管！像往常一样，请与制造商联系，了解您为项目选择的特定组件的详细信息。

使用双极结型晶体管，可以很容易地用万用表验证端子分配。 电压跟随器 是最安全和最容易构建的晶体管放大器电路。

其目的是为负载提供与放大器输入电压大致相同的电压，但电流要大得多。也就是说，它没有电压增益，但有电流增益。

请注意，电源的负极 (-) 侧在示意图中显示为要连接到地 ，如图左下角的符号所示。这并不一定代表与实际地球的连接。

这意味着电路中的这个点——以及它的所有电气公共点——构成了电路中所有电压测量的默认参考点。由于电压必然是两点之间的相对量，因此电路中指定的“公共”参考点使我们能够有意义地谈论该电路中特定单个点的电压。

例如，如果我要说电压 at 晶体管 (VB) 的基极，我的意思是在晶体管的基极端子和电源的负极（地）之间测得的电压，红色探针接触基极端子，黑色探针接触地。通常，谈论电压at是无稽之谈 一个点，但有一个隐含的电压测量参考点使这样的陈述有意义：

构建此电路，并针对几种不同的电位计设置测量输出电压与输入电压的关系。输入电压是电位器的抽头电压（抽头和电路地之间的电压），而输出电压是负载电阻电压（负载电阻两端的电压，或发射极电压：发射极和电路地之间）。

您应该会看到这两个电压之间的密切相关性：一个仅比另一个大一点（大约 0.6 伏左右？），但输入电压的变化会导致输出电压的变化几乎相等。因为输入之间的关系变化 并输出change 几乎是1:1，我们说这个放大器的交流电压增益接近1。

不是很令人印象深刻，是吗？现在测量通过晶体管基极的电流（输入电流）与通过负载电阻的电流（输出电流）。在断开电路并插入电流表进行这些测量之前，请考虑另一种方法：测量电压 跨基极和负载电阻，其电阻值是已知的。

使用欧姆定律，可以轻松计算通过每个电阻器的电流：将测量电压除以已知电阻 (I=E/R)。对于 1 kΩ 值的电阻器，此计算特别容易：它们上的每伏压降将产生 1 毫安的电流。

为获得最佳精度，您可以测量每个电阻器的电阻，而不是假设精确的 1 kΩ 值，但对于本实验的目的而言，这实际上并不重要。当电阻器用于通过将电流“转换”为相应的电压来进行电流测量时，它们通常被称为分流 电阻。

您应该会发现该放大器电路的输入和输出电流之间存在巨大差异。事实上，对于在低电流水平下运行的小信号晶体管，电流增益超过 200 的情况并不少见。

这是电压跟随器电路的主要目的：在不改变其电压的情况下提高“弱”信号的电流容量。对该电路功能的另一种思考方式是阻抗 .

该放大器的输入端接受电压信号而不会消耗太多电流。该放大器的输出端提供相同的电压，但电流仅受负载电阻和晶体管的电流处理能力的限制。

就阻抗而言，我们可以说这款放大器具有高输入阻抗（电压下降，消耗的电流很小）和低输出阻抗（电压下降，电流源容量几乎不受限制）。

计算机模拟

带有 SPICE 节点号的示意图：

网表（制作一个包含以下文本的文本文件，逐字逐句）：

电压跟随器 v1 1 0 rpot1 1 2 5k rpot2 2 0 5k rbase 2 3 1k rload 4 0 1k q1 1 3 4 mod1 .model mod1 npn bf=200 .dc v1 12 12 v1 .print0dc ) v(4,0) v(2,3) .end 

当这个仿真通过 SPICE 程序运行时，它显示输入电压为 5.937 伏，输出电压为 5.095 伏，输入电流为 25.35 µA（2.535E-02 伏在 1 kΩ Rbase 电阻器上下降）。当然，输出电流为 5.095 mA，这是从 5.095 伏特的输出电压在恰好 1 kΩ 的负载电阻上下降推断出来的。

您可以通过调整 Rpot1 和 Rpot2 的值来更改此电路中的“电位器”设置，始终保持它们的总和为 10 kΩ。

相关工作表：

• 双极晶体管偏置电路工作表