運放電壓跟隨電路的應用

在本文中，我們將探討電壓跟隨器，這是一個很好的例子，一個運算放大器電路是簡單但非常有用。

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運算放大器是一種多功能、用戶友好的元件，已被納入各種各樣的電路和應用中。運算放大器受歡迎的一個原因是它將簡單性和性能結合起來的能力：運算放大器電路是許多類型系統的一個有價值的補充，但它們并不難設計，而且通常只需要很少的外部元件。

電壓跟隨器的最基本形式，也稱為單位增益緩沖器，如下圖所示。

如您所見，唯一必要的組件是運算放大器本身（但是，您確實需要一個去耦電容器對于IC的電源）

電壓跟隨器產生一個與輸入信號振幅相等的輸出信號。因為輸入信號被施加到非反轉輸入端，所以不會發生反轉。因此，電壓跟隨器是一個不可逆的緩沖器。

電壓跟隨器的單位增益操作是通過非正面反饋. 輸入信號被應用到運算放大器的非反轉輸入端，輸出端直接連接到逆變輸入端。

如果運算放大器作為一個開環放大器（也就是說，沒有負反饋），輸入電壓的微小增加會導致輸出電壓的大幅增加，因為運算放大器具有非常高的增益。

負反饋連接產生一種補償效果：它將增加的輸出電壓返回到差分輸入級的負部分，因此，輸出電壓降低。在電壓跟隨器中負反饋的總體效果是使輸出電壓穩定在一個值上，該值等于在無反轉輸入端的電壓。

當輸入信號相對于運算放大器的動態性能，我們沒有注意到這一和解行動。我們只需觀察與輸入信號相同的輸出信號。然而，當我們對電壓跟隨器施加快速過渡時，穩定作用是明顯的。

下面的圖給出了三個例子來說明這種解決行為可能是什么樣子。

電壓跟隨器不會增加或減少輸入信號的振幅，也不會濾除高頻噪聲。因此，你可能會想知道為什么這樣的電路如此有用。的確，電壓跟隨器不會有意改變輸入信號的振幅或頻率特性，但它確實允許我們改善阻抗關系。

當我們從一個子電路向另一個子電路發送電壓信號時，我們必須考慮源子電路的輸出阻抗和負載子電路的輸入阻抗。

電源的輸出阻抗和負載的輸入阻抗形成a分壓器因此，電壓傳遞取決于輸入阻抗與輸出阻抗之比。有效的電壓傳輸需要低輸出阻抗的源電路和高輸入阻抗的負載電路。

電壓跟隨器具有低輸出阻抗和極高的輸入阻抗，這使得它成為解決阻抗關系問題的一種簡單而有效的方法。如果高輸出阻抗子電路必須將信號傳輸到低輸入阻抗子電路，則放置在這兩個子電路之間的電壓跟隨器將確保將全電壓傳遞給負載。

一個簡單但重要的電壓跟隨應用的例子是下面所示的電路。

使用電阻分壓器可以產生一個參考電壓（VREF），但是電路的輸出阻抗不會很低，特別是如果使用更高值的電阻來降低電流消耗。電壓跟隨器不受分壓器輸出阻抗的負面影響，它為系統中的其他元件產生低輸出阻抗參考電壓。

一般來說，你可以依靠電壓跟隨器來完成它的名字，也就是說，創建一個跟隨輸入信號的輸出信號。然而，有一種嚴重的故障模式是每個電路設計者都需要意識到的。這里的問題是穩定性電壓跟隨器，像其他類型的運算放大器電路一樣，容易受到振蕩的影響。

負反饋放大器中的振蕩與相移有關，相移使負反饋變為正反饋。你可能會認為電壓跟隨器不會有穩定性問題，因為電路沒有整體放大，但事實上，電壓跟隨器比增益更高的電路更容易振蕩(關于這個有趣但有點復雜的話題的更多信息，請參考AAC的文章增益裕度和相位裕度 .)

在大多數情況下，要防止電壓跟隨器中的振蕩，你需要做的就是選擇一個被描述為“單位增益穩定”的運算放大器。這些運算放大器是以這樣一種方式進行內部補償的，這樣即使在電壓跟隨器配置中使用設備，也能產生穩定的運行。

電壓跟隨器的低輸出阻抗使其成為驅動電流進入低阻抗負載的好電路，但要記住，大多數運算放大器的設計并不是為了提供大的輸出電流。

您可以使用下圖所示的配置創建高電流版本的電壓跟隨器（請參閱本文更多信息）

• 電壓跟隨器是一個單位增益，不可逆的緩沖器，只需要一個運算放大器（和去耦電容器）。

• 電壓跟隨器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗這是其緩沖作用的本質。他們加強一種信號，因此允許高阻抗源驅動低阻抗負載。

• 電壓跟隨器配置中使用的運算放大器必須指定為鈥渦妮蒂變得穩定。鈥

• 一個高電流單位增益驅動器可以通過將一個外部晶體管并入電壓跟隨器配置來創建。