摘要：本文將詳細(xì)闡述電壓跟隨器電路圖的原理、設(shè)計(jì)、應(yīng)用和優(yōu)缺點(diǎn)。首先介紹了電壓跟隨器的基本概念和作用，然后分析了其原理及工作方式。接著討論了電壓跟隨器的設(shè)計(jì)方法和注意事項(xiàng)，并給出了具體的實(shí)例。最后對電壓跟隨器的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行了探討，并總結(jié)了其優(yōu)缺點(diǎn)。

1、基本概念

電壓跟隨器是一種能夠輸出與輸入信號等效但放大倍數(shù)不變的放大器。

2、原理及工作方式

在一個(gè)典型的電壓跟隨器中，輸入信號通過一個(gè)差動(dòng)放大級被放大，然后經(jīng)過一個(gè)輸出級被驅(qū)動(dòng)到負(fù)載上。

3、設(shè)計(jì)方法與注意事項(xiàng)

在設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠且性能良好的電壓跟隨器時(shí)，需要考慮以下幾個(gè)因素：

選擇合適的差動(dòng)放大級：

差動(dòng)放大級是整個(gè)電路中最關(guān)鍵也是最復(fù)雜部分之一，需要根據(jù)具體需求選擇合適的差動(dòng)放大器。

電源穩(wěn)定性：

電壓跟隨器對電源的穩(wěn)定性要求較高，因此需要采取一些措施來保證電源的穩(wěn)定性。

負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力：

為了確保輸出信號能夠正常驅(qū)動(dòng)負(fù)載，需要選擇合適的輸出級，并考慮其驅(qū)動(dòng)能力。4、應(yīng)用領(lǐng)域

由于其特殊的工作原理和優(yōu)越的性能，電壓跟隨器在許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用：

傳感器接口：

在傳感器接口中，電壓跟隨器可以將傳感器輸出信號放大并適配到下游設(shè)備。

模擬信號處理：

在模擬信號處理中，電壓跟隨器可以將輸入信號放大并進(jìn)行濾波等處理?？偨Y(jié)：通過本文對電壓跟隨器進(jìn)行詳細(xì)闡述和分析，我們了解到了它的基本概念、原理、設(shè)計(jì)方法和應(yīng)用領(lǐng)域。電壓跟隨器作為一種重要的放大器，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如放大倍數(shù)不變、穩(wěn)定性好等。然而，它也存在一些缺點(diǎn)，如對電源穩(wěn)定性要求高等。因此，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求進(jìn)行選擇和設(shè)計(jì)。

什么是電壓跟隨器?

電壓跟隨器(也稱為緩沖放大器、單位增益放大器或隔離放大器)是一種運(yùn)算放大器電路，其輸出電壓等于輸入電壓(它“跟隨”輸入電壓)。因此，電壓跟隨器運(yùn)算放大器不會放大輸入信號，并且電壓增益為 1。

電壓跟隨器不提供衰減或放大——僅提供緩沖。

電壓跟隨器電路具有非常高的輸入阻抗。這一特性使其成為許多需要隔離輸入和輸出信號的不同類型電路的流行選擇。

支撐電壓跟隨器的一個(gè)重要定律是歐姆定律。

這表明電路的電流等于其電壓除以其電阻。

如前所述，電壓跟隨器具有非常高的輸入阻抗(因此具有高電阻)。

但是在我們討論高阻抗電路之前，首先了解低阻抗電路中發(fā)生的事情會很有幫助。

低輸入阻抗(在這種情況下也就是電阻)將導(dǎo)致歐姆定律公式中的“R”很小。

在固定電壓 (V) 的情況下，這意味著大量電流將被低阻抗(電阻)負(fù)載吸收。

因此，該電路從電源獲取大量功率，導(dǎo)致高源干擾。

現(xiàn)在讓我們考慮為電壓跟隨器電路提供相同的功率。

請注意輸出如何連接到其反相輸入。

這種連接迫使運(yùn)算放大器將其輸出電壓調(diào)整為等于輸入電壓。

因此，輸出電壓“跟隨”輸入電壓。

如前所述，電壓跟隨器是一種具有非常高阻抗的運(yùn)算放大器。

更具體地說，運(yùn)算放大器的輸入側(cè)具有非常高的阻抗(1 MΩ 至 10 TΩ)，而輸出則沒有。

現(xiàn)在歐姆定律仍然需要成立。

因此，如果我們在輸入端和輸出端保持相同的電壓，并且我們顯著降低電阻......電流會發(fā)生什么?

沒錯(cuò)：電流會暴漲。

電壓跟隨器保持 電壓不變——我們沒有說它也保持電流不變!

雖然電壓跟隨器具有單位電壓增益(即等于 1)，但它具有非常高的電流增益。

所以在輸入端：非常高的阻抗和非常低的電流。

在輸出端：非常低的阻抗和非常高的電流。

電壓保持不變，但電流上升(因?yàn)檩斎攵撕洼敵龆酥g的阻抗下降)。

如前所述：運(yùn)算放大器的輸入阻抗非常高(1 MΩ 至 10 TΩ)。

憑借如此高的輸入阻抗，運(yùn)算放大器不會降低源的負(fù)載，并且只會從中汲取最小的電流。

由于運(yùn)算放大器的輸出阻抗非常低，它驅(qū)動(dòng)負(fù)載就好像它是一個(gè)完美的電壓源。

因此，進(jìn)出緩沖區(qū)的連接都是橋接連接。

這會降低源中的功耗，并減少因過載和其他電磁干擾原因造成的失真。

電壓跟隨器增益

電壓跟隨器的電壓增益為 1(單位)，因?yàn)檩敵鲭妷焊S輸入電壓。雖然電壓緩沖放大器的電壓增益近似為單位，但它提供了相當(dāng)大的電流和功率增益。盡管如此，通常說它的增益為 1——指的是電壓增益(等效 0 dB)。

分壓器電路中的電壓跟隨器

在每個(gè)電路中，電壓被共享或分配給連接組件的阻抗或電阻。連接運(yùn)算放大器時(shí)，由于其高阻抗，其兩端會出現(xiàn)較大的電壓降。

因此，如果我們在分壓器電路中使用電壓跟隨器，它將為負(fù)載提供足夠的電壓。

讓我們通過一個(gè)帶有電壓跟隨器的分壓器電路，如下圖所示。

在這里，分壓器位于兩個(gè) 10 KΩ 電阻器和運(yùn)算放大器的中間。該運(yùn)算放大器將提供數(shù)百兆歐的輸入電阻?，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 || 100 千歐。

所以，我們得到 10KΩ || 10KΩ。我們知道，由兩個(gè)相似電阻組成的分壓器將提供正好一半的電源電壓。

我們可以使用如下的分壓器公式來證明它：

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

我們已經(jīng)看到了運(yùn)算放大器如何作為緩沖器來為連接的負(fù)載提供所需的電壓。在沒有電壓跟隨器的同一電路中，由于負(fù)載兩端電壓不足，它將無法工作。

電壓跟隨器在電路中的實(shí)現(xiàn)主要有兩個(gè)原因。一種用于隔離目的，另一種用于緩沖電氣或電子電路的輸出電壓，以獲得連接負(fù)載所需的電壓。

電壓跟隨器的優(yōu)點(diǎn)

電壓跟隨器的優(yōu)點(diǎn)包括：

提供功率增益和電流增益。

電路的低輸出阻抗，它使用電壓跟隨器的輸出。

運(yùn)算放大器從輸入獲取零電流。

可以避免加載效應(yīng)。

電壓跟隨器的應(yīng)用

電壓跟隨器的一些應(yīng)用包括：

邏輯電路的緩沖器。

在采樣和保持電路中。

在有源過濾器中。

在通過換能器的橋電路中。