电流放大器和缓冲器

在这篇文章中，我们将详细介绍电流放大器，电流缓冲器和电流跟随器。

电流放大器

简介

电流放大器是一种电子电路，它将输入信号的电流大小增加一个固定倍数，并将其馈送到后续的电路/设备。这个过程称为输入信号的电流放大。

输入可以是恒定信号，也可以是时变波形。理想情况下，在电流放大的过程中，电流放大器将保持输入信号的电压分量不变。下面是一个典型的电流放大器的框图。

输入和输出端的波形表示电流相对于时间的大小。注意，整个波形在输出处被一个固定的因子拉伸(增加)。

电流放大器的增益

在电子学中，“增益”是一个技术术语，用来评定放大器的放大能力。因为电流放大器只变换输入信号的电流分量，它的增益是基于它增加输出信号相对于输入信号的电流的多少。

从数学上讲，电流放大器的增益是通过其输出端电流的大小与输入信号电流大小之间的比值。它用符号A表示_我因为它是比率，所以没有单位。

例如，如果来自输入信号的电流流量是1mA，流经输出端子的电流是100mA，那么给定电流放大器的增益将是100 (100mA/1mA)。这意味着在输出端输入信号的电流大小增加了100倍。

增益也可以是负值。它表示输出信号是输入信号的反向和缩放副本。

理想电流放大器的特性

在设计电流放大器时，必须制定一套规定其理论行为的规则/特性。以下是理想的性格特征:

• 放大器的电流增益(A_我)应该在整个输入信号范围内保持恒定
• 电流放大器的增益应与环境条件(如温度和湿度)无关
• 电流放大器的输入阻抗(输入端间的有效电阻)应等于零
• 电流放大器的输出阻抗(输出端间的有效电阻)应该是无穷大的

在现实生活场景中，电流放大器的上述推荐阻抗是不可能实现的。但在设计接近理想电流时，它们只是作为参考参数放大器电路．下图说明了理想电流放大器和实际电流放大器的模型。

注意在现实生活中电流放大器的输入和输出处的电阻。串联到输入端的电阻表示由放大电路产生的有效阻抗。与输出平行的电阻表示由于反馈机制或由于内部损耗而丢失的一些输出信号。

电流放大电路图

下面是一个简单的两级电流放大电路的电路图，使用npn和pnp晶体管作为放大元件。

光电二极管从光中吸收能量并释放电子，从而充当输入电流源。来自光电二极管的电流首先被晶体管Q1放大，然后被晶体管Q2放大。

两个晶体管底部的电阻用来调节增益。信号被放大的次数与放大器的级数相同。这里电流被放大了两次，所以这是一个两级电流放大器。

接下来是计算部分，我们设i_d来自光电二极管和A的电流是多少_i1,一个_i2分别为晶体管Q1和Q2的增益。

第一个晶体管输出端的电流将等于A_i1我_d，这将是第二个晶体管的输入。第二个晶体管Q2将进一步把这个信号放大a倍_i2．

所以最终输出电流等于A_i2一个_i1我_d有效地使整个两级电流放大器的增益等于A_i2一个_i1．

电流放大器的应用

以下是电流放大器的一些实际应用:

• 在放大器系统中，电流放大器被用来通过增加扬声器驱动的强度来获得更好的低音输出。
• 可变增益电流放大器用于许多工业制造系统，如激光和水射流切割机，以控制制造的强度
• 在传感器系统中，电流放大器用于增强弱输入信号，以便在后续电路中使用

当前的缓冲区

简介

电流缓冲器是一种电子电路，用于将电流从阻抗极低的输入源(有效电阻)转移到具有高阻抗的输出负载。它的设计是为了防止信号源受到影响，因为输出负载的电流大小的任何差异。

在大多数情况下，它充当弱输入信号(如传感器信号)和输出负载之间的桥梁，输出负载可能会吸引更大的电流。下图是一种理想的电流缓冲器。

它主要是为了消除输出负载对输入源的影响。所以你可以把电流缓冲器想象成一个隔离输入和输出电路的电路，同时允许必要的电流流向输出负载，以保持恒定的电压。

电流缓冲器的实际使用

考虑一个使用LDR传感器驱动机器人的电路。机器人电机消耗的电流不是恒定的，它取决于表面倾角或粗糙度，即电机上的负载。

因此，如果电机与温度传感器直接耦合使用电流放大器或其他类似的驱动器，电机有时可能会吸取更多的电流，这影响传感器的精度。电机之间的电压也会发生变化，从而改变机器人的速度。

为了防止这种情况发生，使用了电流缓冲区。它们可以为电机提供所需的电流，而不影响传感器的精度，同时保持电机两端的恒定电压，即输出负载。

当前的追随者

增益为1(即输入和输出电流相同)的电流缓冲电路称为电流跟随器。它意味着电流跟随电路不向输入信号提供任何电流放大。

您可能想知道为什么使用电流跟随电路，因为电流跟随电路的输入和输出电流是相同的。原因是没有使用电流跟随器来增加输出电流。

但它是用来隔离输入和输出端子，同时允许相同数量的电流流入输入和从输出。这就是为什么电流跟随电路也称为隔离缓冲器的原因。

电流缓冲电路图

下面是一个简单的mosfet电流缓冲器的电路图。

这种结构为输入信号提供了非常少的阻抗和输出端的高阻抗，使其成为接近理想的电流缓冲器。

电流缓冲器的应用

以下是当前缓冲区的一些实际应用:

• 在数字逻辑门中，电流缓冲器用于将输入信号与后续电路隔离
• 电流缓冲器用于高精度传感器系统，以减少因输出阻抗变化而产生的电压/电流波动的影响
• 在电机驱动器和其他电动执行器系统中

电流放大器vs电流缓冲器

乍一看，电流放大器和电流缓冲器似乎很相似。两者都在输出端接收弱信号并产生较强的信号(就电流而言)。但主要的区别在于输入信号被放大的方式。

对于电流放大器，输出端电流的大小总是输入电流大小的固定倍数。因此给定输入信号的电流大小，我们可以很容易地通过将输入电流乘以放大器的增益来计算输出端的电流。

但对于当前缓冲区则不是这样。不同的是，电流缓冲器被设计为提供与负载需求一样多的电流，同时保持恒定的电压。因此，除非我们知道输出负载需要多少电流，否则我们无法确定电流放大器用什么因素放大输入信号。

简单地说，电流缓冲器的电流增益不是恒定的，它取决于输出负载所需的电流，而电流放大器的增益是恒定的，与输出设备无关。

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