第11节 电压跟随器 (修订中)
[TOC]
零件和材料
- 一个 NPN 晶体管——推荐型号为 2N2222 或 2N3403（Radio Shack 目录 # 276-1617 是一个包含 15 个 NPN 晶体管的封装，非常适合本实验和其他实验）
- 两节 6 伏电池
- 两个 1 kΩ 电阻器
- 一个 10 kΩ 电位器，单圈，线性锥形（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_引脚排列_，即使它们具有相同的物理外观。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），该规格可从制造商的网站轻松获得。
请注意，晶体管的封装甚至制造商的数据表都可能显示错误的端子标识图！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。
有关如何使用万用表识别双极晶体管端子的详细信息，请参阅本书系列的半导体卷（卷 III）的第 4 章。
交叉引用
电路课程，第 3 卷，第 4 章：“双极结型晶体管 (opens new window)”
学习目标
- 没有实际接地时电路“接地”的用途
- 使用分流电阻器用电压表测量电流
- 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，示意图
插图
指示
同样，请注意，您为此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 2N2222 型晶体管和其他一些晶体管是正确的，但不是对所有的；甚至不是所有的 NPN 型晶体管！像往常一样，请咨询制造商，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，很容易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。换句话说，它没有电压增益，但有电流增益。
请注意，电源的负 (-) 侧在示意图中显示为_接地_，如图左下角的符号所示。这不一定代表与实际地球的连接。
这意味着电路中的这个点——以及与其电气共有的所有点——构成了电路中所有电压测量的默认参考点。由于电压 (opens new window)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点的电压。
例如，如果我要说晶体管基极的电压 (VB ) ，我指的是_在_晶体管基极和电源负极（接地）之间测得的电压，红色探针接触到基端子和黑色探头接触地面。_通常，在_单个点上谈论电压是无稽之谈，但是对于电压测量有一个隐含的参考点会使这样的陈述变得有意义：
构建此电路，并针对几种不同的电位器设置测量输出电压与输入电压的关系。输入电压是电位器抽头上的电压（抽头和电路接地之间的电压），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：发射极和电路接地之间）。
您应该看到这两个电压之间的密切相关性：一个比另一个稍大一点（大约 0.6 伏左右？），但输入电压的变化几乎相同地改变了输出电压。因为输入_变化_和输出_变化_的关系几乎是1:1，所以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：测量基极和负载电阻上的_电压_，其电阻值是已知的。
使用欧姆定律 (opens new window)，可以很容易地计算通过每个电阻器的电流：将测得的电压除以已知电阻 (I=E/R)。对于 1 kΩ 值的电阻器，这种计算特别容易：每压降一伏，就会有 1 毫安的电流。
为了获得最佳精度，您可以测量每个电阻器的电阻，而不是假定 1 kΩ 的精确值，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”为相应电压来进行电流测量时，它们通常被称为_分流_电阻器。
您应该会发现此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工作的小信号晶体管，电流增益超过 200 倍的情况并不少见。
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。该电路功能的另一种思考方式是_阻抗 (opens new window)_。
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限制。
就阻抗而言，我们可以说这个放大器具有高输入阻抗（电压下降，电流消耗非常少）和低输出阻抗（电压下降几乎无限的电流源能力）。
电脑模拟
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）：
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 1 .print dc v(2,0) v( 4,0) v(2,3) .end
通过SPICE (opens new window)程序运行此仿真时，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 伏通过 1 kΩ R基极电阻下降）。当然，输出电流为 5.095 mA，这是从恰好 1 kΩ 的负载电阻上下降的 5.095 伏输出电压推断出来的。
您可以通过调整 R pot1和 R pot2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。
相关练习：
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