如何缓冲较高电流的运算放大输出，第1部分

您可以大大增加Op-Amp输出电流，而只需单个双相连接晶体管。

支持信息

• 操作放大器简介

我们需要电流缓冲电路吗？

运算放大器可以肯定的是，它们的应用程序范围受到其输出电流限制的限制。典型的操作装置可以期望连续下沉或源不超过30或40 mA，尽管有些零件可以处理接近100 mA，而另一些零件将难以给您10 MA。有一个特殊的高输出电流放大器，当前功能接近甚至超过1000 mA。如果高输出电流部分与您的应用程序兼容，则一定要使用它。但是，有几个原因为什么您可能更喜欢缓冲更通用的放大器的输出。首先，一些高输出电流放大器是专门用于专业应用程序的复杂零件，因此，它们的通用性和更昂贵（例如，LT1210）是一种线性技术零件，可以驱动1100 MA，会让你回去$ 12如果您要低量购买。此外，某些高输出电流零件（包括LT1210）是当前反馈放大器，您不能简单地将当前反馈设备放入为电压反馈拓扑设计的电路中。

幸运的是，当您需要的只是具有大量输出阶段的基本运算放大器时，实际上无需使用高输出电流放大器。您可以使用实验室/车间/车库周围的75美分通用放大器之一，并将其​​与另外一美元左右的标准零件结合在一起，您将拥有所需的电路。

只有一个BJT

缓冲操作员输出电流的最基本电路是：

这是相应的LTSpice示意图：

在继续前进之前，让我们对此电路有一个可靠的概念理解。输入应用于非媒介运算放大器终端，并将输出直接连接到BJT的底部。运算放大器和BJT可以使用相同的正供应，​​但是在这种情况下，我们假设两个电压可用- 低功率，低噪声电路的5 V电源和设计的高功率部分的12 V。负载电阻的值非常低，因此直接应用于负载的200 mV的输出电压将需要比LT6203提供的更多输出电流。在LTSpice示意图中选择的晶体管可以处理约1000 mA，这意味着它适用于最高5 V的负载电压。

该电路的关键是反馈连接。请记住“虚拟短”：在分析负反馈配置中的操作AMP时，我们可以假设非启动端子处的电压等于反相端子处的电压。仅此一项就告诉我们，输出电压（即，载荷上的电压）将等于输入电压。但是，让我们更深入一点，以确保我们实际了解发生了什么；虚拟的简短是一种迷信，可以分散我们对操作AMP运作方式的现实。运算放大器将差分输入电压乘以很大的增益。因此，在负反馈的情况下，Op-Amp迅速达到平衡，因为输出电压的较大变化降低了导致这些非常输出变化的差速电压。在这种均衡状态下，输出在任何电压上都稳定了，消除了反转和非注入输入端子的电压之间的差异，换句话说，换句话说Op-Amp以制造V所需的任何方式自动调整其输出_在-等于v_在+。

在此输出缓冲电路的上下文中，Op-Amp会自动生成所需的任何输出电压，以使BJT的发射器电压等于输入电压。想想在开环的情况下这将是多么困难 - 毫无疑问，放大器的投入到输出关系必须设计以弥补BJT的基础对发射器的电压下降，这既无法线性也不可预测。但是，随着操作AMP加上一些负面反馈，问题变得琐碎。

让我们通过几个模拟来加强这种概念的理解。第一个不是很令人兴奋。它只是简单地确认输出电压跟踪输入电压（V_在痕迹隐藏在V下方_出去痕迹）：

下一个图显示了操作到AMP输出终端在整个负载上产生适当的电压所需的操作。

增加增益

该基本电路不仅限于Unity Goain配置。与非缓冲运算放大器一样，您可以将电阻器插入反馈路径中，以创建从输入到负载电压的总体增益。这是电路的非合成版本：

这是新的LTSpice示意图，其次是一个带有V的图_在，v_出去，并且电压应用于BJT的底部。

简单，但不是万无一失

有了这样的可靠，直接的电路，总是有自满的风险。这是您需要记住的一些潜在问题：

1. 这是显而易见的，但是请确保BJT可以处理您的负载电流。例如，您在备件中发现的2N2222晶体管可能仅适用于800 MA连续的收集器电流。
2. 这不是那么明显：您是否超过了晶体管的最大功率耗散？这个问题尤其难以捉摸，因为这是您在模拟中可能不会注意到的事情 - 例如，本文中执行的仿真几乎没有警告我们我们正在烧毁2SCR293P晶体管。该部分的最大功率耗散为“每个端子安装在参考土地上”（我不太确定那是什么意思）为0.5 W.在我们的电路中，如果V_出去= 3 V, the current through the load is (3 V)/(5 Ω) = 600 mA and the transistor’s collector-to-emitter voltage is 12 V – 3 V = 9 V. Thus, the power dissipation is about (600 mA) × (9 V) = 5.4 W. So the collector current is well within the acceptable range, but we have exceeded the maximum power by a factor of 10! You can help to remedy this by using a lower supply voltage if possible, and after that, you need to choose a higher-power transistor.
3. 当BJT在活动区域​​中工作时，流入碱基的电流大约等于载荷电流除以β，也称为H_铁或直流电流增益。因此，运算放大器仍然需要提供一些电流，如果您具有高负载电流与相对较弱的操作AMP输出阶段相结合，则可能会遇到麻烦。例如，如果您的负载电流为2500 mA，并且您使用的是H带H的晶体管_铁= 100，您将需要大约25 mA的基本电流；有些操作空间无法做到这一点。
4. 请记住，运算放大器的输出电压比负载电压高0.7-0.9 V。选择运算放大器的电源电压时，您必须考虑到这一点。例如，假设您需要0到4 V的负载电压范围；5 V供应是否足够？也许不是：基本电压可能需要高达4.9 V，如果运算放大器的输出摆动仅限于正轨负0.8 V，您将遇到问题。
5. The BJT will start to enter saturation when the base voltage exceeds the collector voltage by about 0.5 V, and since the base voltage is about 0.7–0.9 V above the load voltage, the BJT’s collector voltage (which in this circuit is the same as the supply voltage) needs to be at least 0.9 V – 0.5 V = 0.4 V higher than the maximum required load voltage. (These numbers are approximate and will vary based on operating conditions and the transistor’s electrical characteristics.) BJT saturation will cause the load voltage to level out before it reaches the BJT supply voltage.

结论

我认为我们已经详细介绍了这个运行放大的延误电路。在下一篇文章中，我们将研究该电路上的变化，使其与更广泛的应用程序兼容。

系列的下一篇文章：如何缓冲较高电流的运算放大输出，第2部分