什么是電壓跟隨器？電壓跟隨器有什么作用？
加入技術(shù)交流群
今天給大家分享的是電壓跟隨器，主要是以下幾個方面：
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202408/461622.htm順便提一下，之前有講同相運算放大器和反相運算放大器，文章末尾可以點擊鏈接直達。
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 的運算放大器電路。這意味著運算放大器不會對信號進行任何放大。
之所以稱為電壓跟隨器，是因為輸出電壓直接跟隨輸入電壓，即輸出電壓與輸入電壓相同。因此，例如，如果 10V 作為輸入進入運算放大器，則 10V 作為輸出輸出。電壓跟隨器充當緩沖器，不對信號提供放大或衰減，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，當電阻增加時，從電源汲取的電流會減少。因此，我們得出結(jié)論，如果電流饋入高阻抗負載，則功率不受影響。
為了理解電壓跟隨器的原理，可以通過以下示例。
首先，考慮一個低阻抗負載的電路，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載，負載會消耗大量電流。因此，從電源獲取大量電力。這導(dǎo)致電源中的高干擾。
低阻抗負載電路
接下來，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。當連接運算放大器時，由于高阻抗，大部分電壓會下降。因此，在分壓器電路中使用電壓跟隨器，將為負載提供足夠的電壓。下圖為一個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 10 KΩ 電阻和運算放大器的中間。該運算放大器將提供數(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證明它，如下所示：
分壓器公式
因此，這個 5V 將在頂部的 10KΩ 電阻上下降，在底部的 10KΩ 電阻和 100Ω 負載電阻上下降 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，我們看到了運算放大器如何充當緩沖器，為連接的負載提供所需的電壓。在沒有電壓跟隨器的同一電路中，電路將無法工作。這是由于負載兩端的電壓不足。
主要在電路中實現(xiàn)電壓跟隨器有兩個原因。一個是隔離目的，另一個是緩沖來自電氣或電子電路的輸出電壓，以獲得連接負載的所需電壓。
四、電壓跟隨器有什么作用？
有人可能會問，電壓跟隨器的目的是什么？既然它輸出與輸入相同的信號，那么它在電路中的用途是什么？
運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
當電路具有非常高的輸入阻抗時，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，當電流饋入高阻抗負載時，電路的功率不會受到影響。
看下面的兩個電路圖。
下面的電路是電源為低阻抗負載供電的電路。
電源為低阻抗負載供電的電路
在上面的這個電路中，負載需要并消耗大量電流，因為負載是低阻抗的。根據(jù)歐姆定律，電流 I=V/R。如果負載的電阻非常低，它會消耗大量電流。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載供電的電源。
現(xiàn)在讓我們看看下面的電路，連接到運算放大器電壓跟隨器：
電壓跟隨器
上面的這個電路現(xiàn)在從上面的電源中汲取的電流非常少。因為運算放大器具有如此高的阻抗，所以它消耗的電流非常少。而且由于沒有反饋電阻的運算放大器提供相同的輸出，因此電路輸出的信號與饋入的信號相同。
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，不會干擾原始電路，并提供與輸出相同的電壓信號。
電壓跟隨器充當隔離緩沖器，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，如果我們在分壓器電路中使用電壓跟隨器，則允許在給定負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電路切換和維持到另一個電路。它保留電壓源的信號。這就是為什么它有時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
運算放大器具有非常高的輸入阻抗，這意味著輸入不會吸入大量電流（理想情況下，沒有）。運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邏輯電平（例如 5V）切換到另一個邏輯電平。
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，那么如果你無法通過在分壓器的 VOUT 和 Ro 之間添加一個高阻抗電壓跟隨器來分離分壓器的 VOUT，則 VOUT 也會有類似的不同，
2.3 電壓跟隨器
如下圖所示，負載阻抗 (Ro) 是隔離的通過向分壓器電路添加電壓跟隨器，使 VOUT 取決于 R1 和 R2（見下圖），而不是 Ro。
當分壓器電路添加到電壓跟隨器（緩沖放大器）時，可以實現(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。高運算放大器阻抗允許電壓跟隨器電路避免負載 (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從一個阻抗電平移動到另一個阻抗電平的方法，無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電阻和運算放大器的中間（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 負載電阻上的電壓將降低。因此，我們知道要從負載中獲得適當?shù)碾妷?，運算放大器充當緩沖器。
由于負載供電不足，下圖電路除電壓跟隨器外無法正常工作。在大多數(shù)情況下，這可能出于兩個原因而專門應(yīng)用，例如隔離和緩沖電路的輸出電壓目的，以便針對附加負載實現(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等效的輸出信號。但是電路中可能會出現(xiàn)一個嚴重的問題，即穩(wěn)定性.
負反饋放大器內(nèi)的振蕩可以連接到相移以將反饋從負變?yōu)檎?/span>
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，這些運算放大器就會得到補償，以產(chǎn)生穩(wěn)定運行的頻率響應(yīng)。
五、電壓跟隨器示例
這里一個齊納二極管提供一個參考電壓，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供電。如果電機負載增加，電壓跟隨器會保持相同的輸出電壓，但允許更多電流流入電機，穩(wěn)壓電源就是這樣工作的。
齊納二極管需要有大約 5 或 10 mA 的擊穿電流流過它。這可確保正確建立齊納電壓。
電機兩端的二極管通過在電源突然關(guān)閉時允許電機電流緩慢消失來防止反電動勢對電壓跟隨器造成損壞。
六、電壓跟隨器通俗易懂總結(jié)
電壓跟隨器是一個單位增益、同相緩沖器，只需要一個運算放大器（和一個去耦電容）。
電壓跟隨器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗——這是它們緩沖作用的本質(zhì)，它們增強信號，從而允許高阻抗源驅(qū)動低阻抗負載。
電壓跟隨器配置中使用的運算放大器必須指定為“單位增益穩(wěn)定”。
通過將外部晶體管集成到電壓跟隨器配置中，可以創(chuàng)建高電流單位增益驅(qū)動器。
電壓增益 = 1，Vout / Vin = 1。
輸出電壓 = 輸入電壓
輸入電阻等于運算放大器的輸入電阻。（接近無窮大）
輸出電阻低（接近于零）。實際上，輸出電阻取決于運算放大器，接近 200 Ω的值很常見，大功率模塊具有低得多的輸出電阻。
七、電壓跟隨器的優(yōu)點
提供了功率和電流的增益
電路的輸出阻抗較小，使用輸出
該運算放大器使用來自 i/p 的零電流。
避免了加載效應(yīng)。
不會增強或減弱輸入信號的幅度
高頻噪聲無法濾除
具有較小的輸出阻抗
具有高輸入阻抗
單位傳輸增益
評論