运放电压跟随器 – 定义、电路图、工作原理及应用

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输出电压跟随输入电压的电子电路称为电压跟随器。换句话说，电压跟随器是一种电子电路，其输出电压保持与输入电压相同。我们可以使用运算放大器设计电压跟随器。使用运算放大器实现的电压跟随器通常称为单位增益运算放大器或运放缓冲器。

在本文中，我们将讨论使用运算放大器设计的电压跟随器的定义、电路、工作原理、优点和应用。因此，让我们从电压跟随器的基本介绍开始。

什么是电压跟随器？

如前所述，电压跟随器是一种使用运算放大器设计的电子电路，其输出电压等于其输入电压。之所以这样命名，是因为其输出电压跟随输入电压。

电压跟随器也称为缓冲放大器、隔离放大器或单位增益放大器。由于电压跟随器不放大输入电压，因此其电压增益为单位增益。它主要用于在电路中提供缓冲。

电压跟随器的输入阻抗非常高。因此，它通常用于需要在输入和输出之间进行电气隔离的几种类型的电子电路中。

电压跟随器的电路图和工作原理

使用运算放大器的电压跟随器的电路图如图 1 所示。

电压跟随器的工作原理基于欧姆定律，即流过电路的电流等于其电压与电阻之比，即

$$\mathrm{电流=\frac{电压}{电阻}}$$

因此，电压跟随器被设计为具有高内阻（在本例中为电阻）。因为，低输入阻抗（电阻）会导致大量电流流过电路以获得固定的电压。因此，电压跟随器从电源获取大量功率，导致高源干扰。

从电路图可以看出，电压跟随器的输出连接到运算放大器的反相输入端。由于这种连接，运算放大器将输出电压调整为等于其输入电压。因此，输出电压将跟随输入电压。

高输入阻抗和低输出阻抗的影响

如前所述，电压跟随器电路具有高输入阻抗（在本例中为电阻），其典型范围为 1 MΩ 至 10 TΩ。

现在，假设输入电压是固定的，并且输入和输出电路的电阻可能会发生变化。然后，当电压跟随器具有高输入阻抗时，运算放大器不会加载电源并从中汲取非常小的电流。

但是，我们知道，对于电压跟随器，输入电压和输出电压必须保持相同。为此，输出电路应具有非常低的阻抗，以便运算放大器的输出电流可以具有较高的值，以保持输出电压与输入电压相同。因此，电压跟随器驱动负载的方式与理想电压源驱动负载的方式相同，但它充当输入和输出电路之间的缓冲器。

使用电压跟随器电路可以减少电源的功耗，并减少过载和电磁干扰造成的失真。

电压跟随器的电压增益

对于电压跟随器，输入电压和输出电压相同。因此，电压跟随器具有单位电压增益。但是，实际电压跟随器电路的电压增益不可能完全为单位增益，但它大约为单位增益。以 dB 为单位，电压跟随器的单位电压增益相当于 0 dB。

为什么在电路中使用电压跟随器

在电气和电子电路中，电压跟随器用于以下两个目的：

• 电压跟随器用于电路中，在输入和输出电路之间进行电气隔离。

• 电压跟随器用于电路中，以在负载端获得所需的电压。

电压跟随器的优点

以下是电压跟随器的主要优点：

• 使用运算放大器实现的电压跟随器几乎不从输入电源汲取电流。

• 它具有高输入阻抗和低输出阻抗。

• 电压跟随器同时提供电流增益和功率增益。

• 电压跟随器有助于避免加载效应。

• 电压跟随器不放大输入信号的电压。

• 电压跟随器具有单位电压增益。

电压跟随器的应用

以下是使用运放的电压跟随器的一些重要应用：

• 用于隔离输入和输出电路

• 用作电子逻辑电路中的缓冲器

• 通过传感器用于桥式电路

• 用于采样保持电路

• 用于有源滤波器

结论

从以上讨论中，我们可以得出结论，电压跟随器是一种基于运算放大器的电子电路，其输入电压和输出电压相等。它是一个具有单位电压增益的非反相缓冲器。它使用一个信号运算放大器来实现。在电压跟随器电路中使用运算放大器可以获得稳定的单位增益。