通用运算放大器的应用电路:电压跟随器

在本文中，我们将探讨电压跟随器，这是一个很好的例子，一个运算放大器电路是简单但非常有用。

通用运算放大器（运算放大器）应用

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跨阻放大器：基于运算放大器的电流电压信号转换器

运算放大器是一种多功能、用户友好的元件，已被纳入各种各样的电路和应用中。运算放大器受欢迎的一个原因是它将简单性和性能结合起来的能力：运算放大器电路是许多类型系统的一个有价值的补充，但它们并不难设计，而且通常只需要很少的外部元件。

运算放大器电压跟随器

电压跟随器的最基本形式，也称为单位增益缓冲器，如下图所示。

如您所见，唯一必要的组件是运算放大器本身（但是，您确实需要一个去耦电容器对于IC的电源）

电压跟随器产生一个与输入信号振幅相等的输出信号。因为输入信号被施加到非反转输入端，所以不会发生反转。因此，电压跟随器是一个不可逆的缓冲器。

电压跟随器的单位增益操作是通过非正面反馈. 输入信号被应用到运算放大器的非反转输入端，输出端直接连接到逆变输入端。

如果运算放大器作为一个开环放大器（也就是说，没有负反馈），输入电压的微小增加会导致输出电压的大幅增加，因为运算放大器具有非常高的增益。

负反馈连接产生一种补偿效果：它将增加的输出电压返回到差分输入级的负部分，因此，输出电压降低。在电压跟随器中负反馈的总体效果是使输出电压稳定在一个值上，该值等于在无反转输入端的电压。

当输入信号相对于运算放大器的动态性能，我们没有注意到这一和解行动。我们只需观察与输入信号相同的输出信号。然而，当我们对电压跟随器施加快速过渡时，稳定作用是明显的。

下面的图给出了三个例子来说明这种解决行为可能是什么样子。

使用电压跟随器的原因

电压跟随器不会增加或减少输入信号的振幅，也不会滤除高频噪声。因此，你可能会想知道为什么这样的电路如此有用。的确，电压跟随器不会有意改变输入信号的振幅或频率特性，但它确实允许我们改善阻抗关系。

当我们从一个子电路向另一个子电路发送电压信号时，我们必须考虑源子电路的输出阻抗和负载子电路的输入阻抗。

电源的输出阻抗和负载的输入阻抗形成a分压器因此，电压传递取决于输入阻抗与输出阻抗之比。有效的电压传输需要低输出阻抗的源电路和高输入阻抗的负载电路。

电压跟随器具有低输出阻抗和极高的输入阻抗，这使得它成为解决阻抗关系问题的一种简单而有效的方法。如果高输出阻抗子电路必须将信号传输到低输入阻抗子电路，则放置在这两个子电路之间的电压跟随器将确保将全电压传递给负载。

一个简单但重要的电压跟随应用的例子是下面所示的电路。

使用电阻分压器可以产生一个参考电压（VREF），但是电路的输出阻抗不会很低，特别是如果使用更高值的电阻来降低电流消耗。电压跟随器不受分压器输出阻抗的负面影响，它为系统中的其他元件产生低输出阻抗参考电压。

电压跟随器稳定性

一般来说，你可以依靠电压跟随器来完成它的名字，也就是说，创建一个跟随输入信号的输出信号。然而，有一种严重的故障模式是每个电路设计者都需要意识到的。这里的问题是稳定性电压跟随器，像其他类型的运算放大器电路一样，容易受到振荡的影响。

负反馈放大器中的振荡与相移有关，相移使负反馈变为正反馈。你可能会认为电压跟随器不会有稳定性问题，因为电路没有整体放大，但事实上，电压跟随器比增益更高的电路更容易振荡(关于这个有趣但有点复杂的话题的更多信息，请参考AAC的文章增益裕度和相位裕度 .)

在大多数情况下，要防止电压跟随器中的振荡，你需要做的就是选择一个被描述为“单位增益稳定”的运算放大器。这些运算放大器是以这样一种方式进行内部补偿的，这样即使在电压跟随器配置中使用设备，也能产生稳定的运行。

大电流电压跟随器

电压跟随器的低输出阻抗使其成为驱动电流进入低阻抗负载的好电路，但要记住，大多数运算放大器的设计并不是为了提供大的输出电流。

您可以使用下图所示的配置创建高电流版本的电压跟随器（请参阅本文更多信息）

摘要

电压跟随器是一个单位增益，不可逆的缓冲器，只需要一个运算放大器（和去耦电容器）。

电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗这是其缓冲作用的本质。他们加强一种信号，因此允许高阻抗源驱动低阻抗负载。

电压跟随器配置中使用的运算放大器必须指定为鈥渦妮蒂变得稳定。鈥

一个高电流单位增益驱动器可以通过将一个外部晶体管并入电压跟随器配置来创建。

　　审核编辑：汤梓红