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OP-AMP的应用:电压跟随电路

2020年9月20日经过罗伯特·凯
在此视频中,我们将探索电压跟随器,这是一个简单而非常有用的运算放大器电路的一个很好的例子。
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运算放大器是一种通用的用户友好组件,已被纳入无限种类的电路和应用。OP-AMP普及的一个原因是其结合简单性和性能的能力:OP-AMP电路是许多类型系统的有价值的补充,但它们并不难以设计,并且通常需要很少的外部组件。

在此视频中,我们将探索电压跟随器,这是一个简单而非常有用的运算放大器电路的一个很好的例子。

OP-AMP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区,如下图所示。


如您所见,唯一必要的组件是OP-AMP本身(但是,您确实需要一个去耦电容器对于IC的电源)。

电压跟随器产生输出信号,该输出信号与输入信号相等。因为输入信号被施加到非变速器输入端子,所以不会发生反转。因此,电压跟随器是非旋转缓冲器。

通过借助于电压跟随器的单位增益操作负面反馈。输入信号被施加到OP-AMP的非变速输入端子,输出端子直接连接到反相输入端子。

如果是运算放大器作为开环放大器(即没有负反馈)操作,输入电压的小幅增加会导致输出电压大大增加,因为OP-AMP具有非常高的增益。

负反馈连接产生补偿效果:它返回到差分输入级的负部分的该输出电压,因此,输出电压降低。负反馈在电压跟随器中的整体效果是使输出电压沉降到等于非更换输入端子处的电压的值。

当输入信号具有相对于相对于速度慢的变化OP-AMP的动态性能,我们没有注意到这种解决行动。我们只需观察与输入信号相同的输出信号。然而,当我们对电压击力施加快速过渡时,沉降动作很明显。

下面的曲线为您提供了三个沉降行为可能看起来的示例。


使用电压跟随器的原因

电压跟随器不会增加或降低输入信号的幅度,并且它不会过滤出高频噪声。因此,您可能会想知道为什么像这样的电路是如此有用。确实,电压跟随器没有故意改变输入信号的幅度或频率特性,但它确实允许我们改善阻抗关系。

每当我们正常将电压信号从一个子电路发送到另一个,我们必须考虑源极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了分压器因此,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,这使其成为有问题阻抗关系的简单有效的解决方案。如果高输出阻抗子狼子必须将信号传送到低输入阻抗子狼圈,则放置在这两个子电路之间的电压跟随器将确保全电压输送到负载。

简单但重要的电压跟随器应用的一个例子是下面所示的电路。


可以使用电阻分压器产生参考电压(\(v_ {ref} \)),但电路的输出阻抗不会低,特别是如果使用更高值电阻作为降低电流消耗的方式。电压跟随器对分频器的输出阻抗产生负面影响,并且它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确切地完成名称,即,创建遵循输入信号的输出信号。但是,有一个严重的失败模式,每个电路设计人员都需要了解。这里的问题是稳定性 - 电压跟随器,如其他类型的OP-AMP电路,易受振荡的影响。

负反馈放大器中的振荡与导致负反馈变为正反馈的相移有关。您可能认为电压跟随器不会具有稳定性问题,因为电路没有整体放大,但实际上,电压追随者比具有更高增益更高的电路更容易振荡。(有关此有趣但有点复杂的主题的更多信息,请参阅AAC的文章获得保证金和阶段保证金。)

在大多数情况下,您需要做的一切以防止电压跟随器中的振荡是选择一个被描述为“单位增益稳定”的OP-AMP。这些运算放大器在内部补偿,以便在允许稳定运行的情况下,即使在电压跟随器配置中使用的情况下,也可以采用频率响应。

高电流电压跟随器

电压跟随器的低输出阻抗使其成为驱动电流变为低阻抗负荷的良好电路,但重要的是要记住,大多数OP-AMP不设计用于提供大输出电流。

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(参见本文欲获得更多信息)。


概括

  • 电压跟随器是一个单位增益,非更换缓冲器,其仅需要运算放大器(以及解耦电容器)。
  • 电压追随者具有高输入阻抗和低输出阻抗 - 这是缓冲动作的本质。他们加强信号,从而允许高阻抗源驱动低阻抗负荷。
  • 在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”。
  • 可以通过将外部晶体管结合到电压跟随器配置中来创建高电流团结增益驱动器。