一文詳解電壓跟隨器

電壓跟隨器，主要是以下幾個(gè)方面：

什么是電壓跟隨器?

電壓跟隨器原理圖

電壓跟隨器有什么作用?

電壓跟隨器計(jì)算方法

電壓跟隨器示例

電壓跟隨器通俗易懂總結(jié)

電壓跟隨器的優(yōu)點(diǎn)

順便提一下，之前有講同相運(yùn)算放大器和反相運(yùn)算放大器。

一、什么是電壓跟隨器?

電壓跟隨器(也稱為單位增益放大器、緩沖放大器和隔離放大器)是一種電壓增益為 1 的運(yùn)算放大器電路。這意味著運(yùn)算放大器不會(huì)對(duì)信號(hào)進(jìn)行任何放大。

之所以稱為電壓跟隨器，是因?yàn)檩敵鲭妷褐苯痈S輸入電壓，即輸出電壓與輸入電壓相同。因此，例如，如果 10V 作為輸入進(jìn)入運(yùn)算放大器，則 10V 作為輸出輸出。電壓跟隨器充當(dāng)緩沖器，不對(duì)信號(hào)提供放大或衰減，具體的如下圖所示：

電壓跟隨器原理圖

二、電壓跟隨器原理圖

根據(jù)歐姆定律(如下圖公式)：

歐姆定律公式

因此可以說(shuō)，當(dāng)電阻增加時(shí)，從電源汲取的電流會(huì)減少。因此，我們得出結(jié)論，如果電流饋入高阻抗負(fù)載，則功率不受影響。

為了理解電壓跟隨器的原理，可以通過(guò)以下示例。

首先，考慮一個(gè)低阻抗負(fù)載的電路，電源正在為其供電，如下圖所示。在這里，由于歐姆定律所解釋的低電阻負(fù)載，負(fù)載會(huì)消耗大量電流。因此，從電源獲取大量電力。這導(dǎo)致電源中的高干擾。

低阻抗負(fù)載電路

接下來(lái)，考慮給予電壓跟隨器相同的功率。由于其非常高的輸入阻抗，該電路僅消耗非常少量的電流。由于缺少反饋電阻，電路的輸出將與輸入相同。

電壓跟隨器原理圖

三、電壓跟隨器計(jì)算方法

在電路中，電壓被共享或分配給連接組件的阻抗或電阻。當(dāng)連接運(yùn)算放大器時(shí)，由于高阻抗，大部分電壓會(huì)下降。因此，在分壓器電路中使用電壓跟隨器，將為負(fù)載提供足夠的電壓。下圖為一個(gè)帶有電壓跟隨器的分壓器電路。

電壓跟隨器的分壓器電路

分壓器位于兩個(gè) 10 KΩ 電阻和運(yùn)算放大器的中間。該運(yùn)算放大器將提供數(shù)百 MΩ的輸入電阻?，F(xiàn)在，我們可以假設(shè)它為 100 MΩ，所以等效并聯(lián)電阻為 10 KΩ || 100KΩ 。

等效并聯(lián)電阻

所以，我們得到 10KΩ || 10KΩ。兩個(gè)相似電阻組成的分壓器將提供電源電壓的一半，可以使用分壓器公式來(lái)證明它，如下所示：

分壓器公式

因此，這個(gè) 5V 將在頂部的 10KΩ 電阻上下降，在底部的 10KΩ 電阻和 100Ω 負(fù)載電阻上下降 5V(由于 10 KΩ||100 Ω，相同的電壓將在并聯(lián)的電阻器中下降)。

由此，我們看到了運(yùn)算放大器如何充當(dāng)緩沖器，為連接的負(fù)載提供所需的電壓。在沒(méi)有電壓跟隨器的同一電路中，電路將無(wú)法工作。這是由于負(fù)載兩端的電壓不足。

主要在電路中實(shí)現(xiàn)電壓跟隨器有兩個(gè)原因。一個(gè)是隔離目的，另一個(gè)是緩沖來(lái)自電氣或電子電路的輸出電壓，以獲得連接負(fù)載的所需電壓。

四、電壓跟隨器有什么作用?

有人可能會(huì)問(wèn)，電壓跟隨器的目的是什么?既然它輸出與輸入相同的信號(hào)，那么它在電路中的用途是什么?

運(yùn)算放大器電路是具有非常高輸入阻抗的電路，這種高輸入阻抗是使用電壓跟隨器的原因。

下面將總結(jié)一下電壓跟隨器的作用。

1、電壓跟隨器消耗很少的電流

當(dāng)電路具有非常高的輸入阻抗時(shí)，從電路中汲取的電流非常少。根據(jù)歐姆定律，電流 I=V/R。因此，電阻越大，從電源汲取的電流就越少。

因此，當(dāng)電流饋入高阻抗負(fù)載時(shí)，電路的功率不會(huì)受到影響。

看下面的兩個(gè)電路圖。

下面的電路是電源為低阻抗負(fù)載供電的電路。

電源為低阻抗負(fù)載供電的電路在上面的這個(gè)電路中，負(fù)載需要并消耗大量電流，因?yàn)樨?fù)載是低阻抗的。根據(jù)歐姆定律，電流 I=V/R。如果負(fù)載的電阻非常低，它會(huì)消耗大量電流。這導(dǎo)致從電源汲取大量電力，并因此導(dǎo)致高干擾和使用為負(fù)載供電的電源。

現(xiàn)在讓我們看看下面的電路，連接到運(yùn)算放大器電壓跟隨器：

電壓跟隨器上面的這個(gè)電路現(xiàn)在從上面的電源中汲取的電流非常少。因?yàn)檫\(yùn)算放大器具有如此高的阻抗，所以它消耗的電流非常少。而且由于沒(méi)有反饋電阻的運(yùn)算放大器提供相同的輸出，因此電路輸出的信號(hào)與饋入的信號(hào)相同。

這也是使用電壓跟隨器的原因之一，電壓跟隨器消耗的電流非常少，不會(huì)干擾原始電路，并提供與輸出相同的電壓信號(hào)。

電壓跟隨器充當(dāng)隔離緩沖器，隔離電路，使電路的電源受到的干擾非常小。

2、電壓跟隨器在分壓器電路中很重要

每個(gè)電路中的電壓都可以與相關(guān)組件電路內(nèi)的電阻阻抗共享。一旦連接了運(yùn)算放大器，由于巨大的阻抗，主電壓元件將落在它上面。因此，如果我們?cè)诜謮浩麟娐分惺褂秒妷焊S器，則允許在給定負(fù)載上施加足夠的電壓。

如果電壓跟隨器是放大器而不放大，那么它的用途是什么?

2.1 電壓跟隨器

電壓跟隨器(下圖)有助于將電壓電平從一個(gè)電路切換和維持到另一個(gè)電路。它保留電壓源的信號(hào)。這就是為什么它有時(shí)被稱為緩沖或分離放大器。

電壓跟隨器的增益為 1，因此輸出電壓(理論上)等于輸入電壓2.2 電壓跟隨器

運(yùn)算放大器具有非常高的輸入阻抗，這意味著輸入不會(huì)吸入大量電流(理想情況下，沒(méi)有)。運(yùn)算放大器的輸出阻抗也非常低，在分壓器中，這是有益的一種應(yīng)用。阻抗負(fù)載 (Ro) 可能在分壓器中變化很大(如下圖所示)。由于歐姆定律 (V=IR)，如果 Ro 變化，它將影響 VOUT。

下圖可以使用分壓器電路從一個(gè)邏輯電平(例如 5V)切換到另一個(gè)邏輯電平。

分壓器，但隨著 Ro 的變化，VOUT 因歐姆定律而變化

如果上圖中的 Ro 不同，那么如果你無(wú)法通過(guò)在分壓器的 VOUT 和 Ro 之間添加一個(gè)高阻抗電壓跟隨器來(lái)分離分壓器的 VOUT，則 VOUT 也會(huì)有類似的不同，2.3 電壓跟隨器

如下圖所示，負(fù)載阻抗 (Ro) 是隔離的通過(guò)向分壓器電路添加電壓跟隨器，使 VOUT 取決于 R1 和 R2(見(jiàn)下圖)，而不是 Ro。

當(dāng)分壓器電路添加到電壓跟隨器(緩沖放大器)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更清晰的轉(zhuǎn)換(下圖)。為了執(zhí)行相同的緩沖轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)邏輯電平轉(zhuǎn)換或轉(zhuǎn)換的另一種方法是使用稱為電平轉(zhuǎn)換器的 IC。高運(yùn)算放大器阻抗允許電壓跟隨器電路避免負(fù)載 (Ro) 影響輸出電壓。

使用電壓跟隨器(單位增益放大器)使 VOUT 保持穩(wěn)定的分壓器

電壓跟隨器或電壓緩沖器提供了一種在不影響電流的情況下將電壓源信號(hào)從一個(gè)阻抗電平移動(dòng)到另一個(gè)阻抗電平的方法，無(wú)論是否使用分壓器電路。

電壓跟隨器也用于其他電路以平衡阻抗。

2.4 分壓中的電壓跟隨器

分壓器安裝在以下電路中的兩個(gè)電阻和運(yùn)算放大器的中間(如下圖)。

10 K Ω -2 是電路中使用的電阻。100 MΩ 將是運(yùn)算放大器給出的輸入電阻。所以并聯(lián)電阻可以與 10 K Ω|| 成正比 100 K Ω。因此可以將相等的并聯(lián)電阻量化為:

= 10 X 100/ 10 + 100 => 大約 10 KΩ在分壓器電路中包含兩個(gè)等效電阻，將提供電源內(nèi)部電壓的一半。使用下面給出的分壓器公式，它可以由下式生成：

Vout = Vin X R2/R1+R2

10X10/10 + 10 = 5V

上述電壓將在頂部的 10K 電阻以及底部的 10K 電阻和 100 負(fù)載電阻上的電壓將降低。因此，我們知道要從負(fù)載中獲得適當(dāng)?shù)碾妷?，運(yùn)算放大器充當(dāng)緩沖器。

由于負(fù)載供電不足，下圖電路除電壓跟隨器外無(wú)法正常工作。在大多數(shù)情況下，這可能出于兩個(gè)原因而專門應(yīng)用，例如隔離和緩沖電路的輸出電壓目的，以便針對(duì)附加負(fù)載實(shí)現(xiàn)優(yōu)選電壓。

分壓器中的電壓跟隨器3、電壓跟隨器穩(wěn)定性

通常，這些用于生成與輸入信號(hào)等效的輸出信號(hào)。但是電路中可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題，即穩(wěn)定性.

負(fù)反饋放大器內(nèi)的振蕩可以連接到相移以將反饋從負(fù)變?yōu)檎?/p>

在大多數(shù)情況下，可以停止振蕩以選擇單位增益穩(wěn)定的運(yùn)算放大器。在內(nèi)部，只要器件用于電壓跟隨器的配置，這些運(yùn)算放大器就會(huì)得到補(bǔ)償，以產(chǎn)生穩(wěn)定運(yùn)行的頻率響應(yīng)。

五、電壓跟隨器示例

這里一個(gè)齊納二極管提供一個(gè)參考電壓，例如 9 V。該參考電壓電路提供的電流很小。電壓跟隨器輸出相同的參考電壓，但有足夠的電流為電機(jī)供電。如果電機(jī)負(fù)載增加，電壓跟隨器會(huì)保持相同的輸出電壓，但允許更多電流流入電機(jī)，穩(wěn)壓電源就是這樣工作的。