运算放大器的应用：电压跟随器的作用

运算放大器的应用：电压跟随器的作用

运算放大器（运放）是一种多功能且用户友好的电子组件，被广泛应用于各种电路设计中。其中，电压跟随器作为运放的一种基本应用形式，具有重要的实用价值。本文将详细介绍电压跟随器的工作原理、应用场景及其在电路设计中的重要作用。

电压跟随器的基本结构

下图显示了电压跟随器的最基本形式，也称为单位增益缓冲器。

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作为IC的电源）。

电压跟随器产生幅度等于输入信号的输出信号。由于将输入信号施加到同相输入端子，因此不会发生反相。因此，电压跟随器是同相缓冲器。

电压跟随器的单位增益操作是通过负反馈实现的。输入信号施加到运算放大器的同相输入端子，输出端子直接连接到反相输入端子。

如果运算放大器用作开环放大器（即无负反馈），则输入电压的小幅上升将导致输出电压的大幅上升，因为运算放大器的增益非常高。

负反馈的作用

负反馈连接产生补偿效果：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。电压跟随器中负反馈的总体作用是使输出电压稳定在等于同相输入端电压的值上。

当输入信号的变化相对于运放的动态性能而言较慢时，我们不会注意到这种稳定作用。我们仅观察到与输入信号相同的输出信号。但是，当我们对电压跟随器进行快速过渡时，稳定作用显而易见。

下图为您提供了三个示例，说明这种沉降行为可能是什么样的。

使用电压跟随器的原因

电压跟随器不会增加或减小输入信号的幅度，并且不会滤除高频噪声。因此，您可能想知道为什么这样的电路如此有用。的确，电压跟随器不会故意改变输入信号的幅度或频率特性，但确实可以改善阻抗关系。

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

源的输出阻抗和负载的输入阻抗形成一个分压器，因此，电压传输取决于输入阻抗与输出阻抗的比率。有效的电压传输需要具有低输出阻抗的源电路和具有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，这使其成为解决有问题的阻抗关系的简单有效的解决方案。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，则在这两个子电路之间放置一个电压跟随器将确保将完整的电压传送到负载。

下面所示的电路是一种简单但重要的电压跟随器应用的示例。

参考电压（V[RËF可以使用电阻分压器产生），但电路的输出阻抗不会低，尤其是如果使用高阻值的电阻来减少电流消耗的话。分压器的输出阻抗不会对电压跟随器产生负面影响，并且它会为系统中的其他组件产生低输出阻抗参考电压。

电压跟随器稳定性

通常，您可以依靠电压跟随器来准确执行其名称所建议的操作，即创建跟随输入信号的输出信号。但是，每个电路设计人员都需要意识到一种严重的故障模式。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。

负反馈放大器的振荡与导致负反馈变为正反馈的相移有关。您可能会认为电压跟随器不会出现稳定性问题，因为电路没有整体放大，但是实际上，电压跟随器比增益较高的电路更容易发生振荡。

在大多数情况下，为防止电压跟随器发生振荡，您需要做的就是选择一个运算放大器，该运算放大器被称为“单位增益稳定”。对这些运算放大器进行内部补偿的方式是，即使在电压跟随器配置中使用该器件时，也可以产生一个频率响应，从而允许稳定的操作。

大电流电压跟随器

电压跟随器的低输出阻抗使其成为将电流驱动到低阻抗负载的良好电路，但是要记住，大多数运算放大器并非旨在提供大输出电流。

您可以使用下图所示的配置创建电压跟随器的大电流版本

概要

• 电压跟随器是一个单位增益，同相缓冲器，仅需要一个运算放大器（和一个去耦电容器）。
• 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。它们增强了信号，从而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“单位增益稳定”。
• 通过将外部晶体管集成到电压跟随器配置中，可以创建高电流单位增益驱动器。