通用運(yùn)算放大器的應(yīng)用電路:電壓跟隨器

在本文中，我們將探討電壓跟隨器，這是一個(gè)很好的例子，一個(gè)運(yùn)算放大器電路是簡(jiǎn)單但非常有用。

通用運(yùn)算放大器（運(yùn)算放大器）應(yīng)用

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跨阻放大器：基于運(yùn)算放大器的電流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器

運(yùn)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(yīng)用中。運(yùn)算放大器受歡迎的一個(gè)原因是它將簡(jiǎn)單性和性能結(jié)合起來(lái)的能力：運(yùn)算放大器電路是許多類型系統(tǒng)的一個(gè)有價(jià)值的補(bǔ)充，但它們并不難設(shè)計(jì)，而且通常只需要很少的外部元件。

運(yùn)算放大器電壓跟隨器

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(jiàn)，唯一必要的組件是運(yùn)算放大器本身（但是，您確實(shí)需要一個(gè)去耦電容器對(duì)于IC的電源）

電壓跟隨器產(chǎn)生一個(gè)與輸入信號(hào)振幅相等的輸出信號(hào)。因?yàn)檩斎胄盘?hào)被施加到非反轉(zhuǎn)輸入端，所以不會(huì)發(fā)生反轉(zhuǎn)。因此，電壓跟隨器是一個(gè)不可逆的緩沖器。

電壓跟隨器的單位增益操作是通過(guò)非正面反饋. 輸入信號(hào)被應(yīng)用到運(yùn)算放大器的非反轉(zhuǎn)輸入端，輸出端直接連接到逆變輸入端。

如果運(yùn)算放大器作為一個(gè)開(kāi)環(huán)放大器（也就是說(shuō)，沒(méi)有負(fù)反饋），輸入電壓的微小增加會(huì)導(dǎo)致輸出電壓的大幅增加，因?yàn)檫\(yùn)算放大器具有非常高的增益。

負(fù)反饋連接產(chǎn)生一種補(bǔ)償效果：它將增加的輸出電壓返回到差分輸入級(jí)的負(fù)部分，因此，輸出電壓降低。在電壓跟隨器中負(fù)反饋的總體效果是使輸出電壓穩(wěn)定在一個(gè)值上，該值等于在無(wú)反轉(zhuǎn)輸入端的電壓。

當(dāng)輸入信號(hào)相對(duì)于運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)性能，我們沒(méi)有注意到這一和解行動(dòng)。我們只需觀察與輸入信號(hào)相同的輸出信號(hào)。然而，當(dāng)我們對(duì)電壓跟隨器施加快速過(guò)渡時(shí)，穩(wěn)定作用是明顯的。

下面的圖給出了三個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這種解決行為可能是什么樣子。

使用電壓跟隨器的原因

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

當(dāng)我們從一個(gè)子電路向另一個(gè)子電路發(fā)送電壓信號(hào)時(shí)，我們必須考慮源子電路的輸出阻抗和負(fù)載子電路的輸入阻抗。

電源的輸出阻抗和負(fù)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(fù)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(guān)系問(wèn)題的一種簡(jiǎn)單而有效的方法。如果高輸出阻抗子電路必須將信號(hào)傳輸?shù)降洼斎胱杩棺与娐罚瑒t放置在這兩個(gè)子電路之間的電壓跟隨器將確保將全電壓傳遞給負(fù)載。

一個(gè)簡(jiǎn)單但重要的電壓跟隨應(yīng)用的例子是下面所示的電路。

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

電壓跟隨器穩(wěn)定性

一般來(lái)說(shuō)，你可以依靠電壓跟隨器來(lái)完成它的名字，也就是說(shuō)，創(chuàng)建一個(gè)跟隨輸入信號(hào)的輸出信號(hào)。然而，有一種嚴(yán)重的故障模式是每個(gè)電路設(shè)計(jì)者都需要意識(shí)到的。這里的問(wèn)題是穩(wěn)定性電壓跟隨器，像其他類型的運(yùn)算放大器電路一樣，容易受到振蕩的影響。

負(fù)反饋放大器中的振蕩與相移有關(guān)，相移使負(fù)反饋?zhàn)優(yōu)檎答?。你可能?huì)認(rèn)為電壓跟隨器不會(huì)有穩(wěn)定性問(wèn)題，因?yàn)殡娐窙](méi)有整體放大，但事實(shí)上，電壓跟隨器比增益更高的電路更容易振蕩(關(guān)于這個(gè)有趣但有點(diǎn)復(fù)雜的話題的更多信息，請(qǐng)參考AAC的文章增益裕度和相位裕度 .)

在大多數(shù)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(gè)被描述為“單位增益穩(wěn)定”的運(yùn)算放大器。這些運(yùn)算放大器是以這樣一種方式進(jìn)行內(nèi)部補(bǔ)償?shù)?，這樣即使在電壓跟隨器配置中使用設(shè)備，也能產(chǎn)生穩(wěn)定的運(yùn)行。

大電流電壓跟隨器

電壓跟隨器的低輸出阻抗使其成為驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)入低阻抗負(fù)載的好電路，但要記住，大多數(shù)運(yùn)算放大器的設(shè)計(jì)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(chuàng)建高電流版本的電壓跟隨器（請(qǐng)參閱本文更多信息）

摘要

電壓跟隨器是一個(gè)單位增益，不可逆的緩沖器，只需要一個(gè)運(yùn)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(zhì)。他們加強(qiáng)一種信號(hào)，因此允許高阻抗源驅(qū)動(dòng)低阻抗負(fù)載。

電壓跟隨器配置中使用的運(yùn)算放大器必須指定為鈥渦妮蒂變得穩(wěn)定。鈥

一個(gè)高電流單位增益驅(qū)動(dòng)器可以通過(guò)將一個(gè)外部晶體管并入電壓跟隨器配置來(lái)創(chuàng)建。