運放是一種非常常見的電子元件，它用于將一個或多個輸入電信號轉(zhuǎn)換成一個輸出信號。此外，運放的電壓追隨電路也是許多電子設(shè)備的核心部分，今天我們就來詳細解析一下運放的電壓追隨電路。
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(dāng)緩沖器，不對信號提供放大或衰減。
在電路設(shè)計中，我們經(jīng)常能看到由運放構(gòu)成的電壓跟隨器(OP系列、TL064、LM324…….)
很多小伙伴在分析或者設(shè)計這種電路時會有點懵，搞不清楚它的原理和注意事項，現(xiàn)在就和我來一步一步分析，通過8個問題一層層揭開它的神秘面紗……
一.什么叫電壓跟隨器
電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說，電壓跟隨器的電壓放大倍數(shù)恒小于且接近1。
二.電壓跟隨器特點
電壓跟隨器的顯著特點就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通常可以到幾歐姆，甚至更低。
三.電壓跟隨器的作用
概括地講，電壓跟隨器起緩沖、隔離、提高帶載能力的作用。
1. 電壓隔離器輸出電壓近似輸入電壓幅度，并對前級電路呈高阻狀態(tài)，對后級電路呈低阻狀態(tài)，因而對前后級電路起到“隔離”作用。
2. 電壓跟隨器常用作中間級，以“隔離”前后級之間的影響，此時稱之為緩沖級。基本原理還是利用它的輸入阻抗高和輸出阻抗低之特點。
3. 電壓跟隨器的輸入阻抗高、輸出阻抗低特點，可以極端一點去理解，當(dāng)輸入阻抗很高時，就相當(dāng)于對前級電路開路;當(dāng)輸出阻抗很低時，對后級電路就相當(dāng)于一個恒壓源，即輸出電壓不受后級電路阻抗影響。一個對前級電路相當(dāng)于開路，輸出電壓又不受后級阻抗影響的電路當(dāng)然具備隔離作用，即使前、后級電路之間互不影響。
4.為了阻抗匹配、提高帶載能力。由于電壓跟隨器具有輸入阻抗高，而輸出阻抗低的特點，使得它在電路中可以完成阻抗匹配的功能，從而使下一級放大電路工作在更好的狀態(tài)下。
LM324構(gòu)建一個電壓跟隨器，正負電源供電，輸出信號成線性下降，最后保持直流輸出或者是電壓跟隨器輸入輸出電壓不跟隨，這是怎么回事呢?是因為在同相端加個電阻到地。
四.那么為什么會這樣呢?
是因為電壓跟隨器輸入端輸入阻抗很高，同相輸入端懸空的時候，它上面的電壓是不確定的，所以輸出也是不確定的。故而不要讓同相輸入端懸空，在同相輸入端和地之間接一個電阻，這樣當(dāng)沒有輸入信號時，電阻可以讓同相輸入端保持0電位。電阻的大小，遠小于同相輸入端的輸入阻抗，遠大于信號源的輸出阻抗(一般大于10兆歐)。當(dāng)然也不能排除后級電路的影響哦。必要時要看一下阻抗匹配是否有問題;阻抗匹配(簡單地說，阻抗就是電阻加電抗，所以才叫阻抗;理論說，阻抗就是電阻、電容抗及電感扛在向量上的和)是信號傳輸過程中負載阻抗和信源內(nèi)阻抗之間的特定配合關(guān)系。一件器材的輸出阻抗和所連接的負載阻抗之間所應(yīng)滿足的某種關(guān)系，以免接上負載后對器材本身的工作狀態(tài)產(chǎn)生明顯的影響。對電子器件互連來說。
例如：信號源連放大器，前級連后級，只要后一級的輸入阻抗大于前一級的輸出阻抗5-10倍以上，就可認為阻抗匹配良好;又比如：電吉他的信號輸出屬于高阻，接入錄音設(shè)備或者音箱時，在音色處理電路之前加入電壓跟隨器，會使得阻抗匹配，音色更加完美。
電壓跟隨電路，輸入電壓范圍是0~10v，經(jīng)R1、R2分壓后進入電壓跟隨器。但是輸出端最低電壓是0.35v左右;即便同相端直接接地，電壓跟隨器的輸出也是0.35v，不能到0v，那么這是什么原因呢?
原來對于運放來說，如果想要輸出跟隨接近從0到Vcc，你必須要選rail to rail input/ rail to rail output (軌到軌輸入/軌到軌輸出)的運放。當(dāng)然，更加有效的辦法是使用正負電源供電的運放。
五.輸入電壓的紋波在正常范圍內(nèi)，但是經(jīng)過電壓跟隨后，輸出電壓噪聲很大，這是怎么回事?
舉個例子如圖所示，R25的作用是消反射的，運放的5、6角理論上是電壓相同的，且輸入阻抗是無窮大!那么輸入信號的電流主要是通過R28流入地，也就是輸入點的電壓在WK-in點形成，理論上不會有電流流入R25，如果沒有R25那么信號就會100%反射到WK-in上，如果信號源的內(nèi)阻非常的大，也就是帶載的能力很差，反射的信號就會在R28的輸入點附近形成很強的發(fā)射震蕩也就是“回音”這樣的噪聲經(jīng)過放大就會使輸出信號質(zhì)量很差，R25和C12的接入可以把在5pin的反射信號有效地吸收，高頻的反射信號通過C12泄放到地(AGND)R25把反射的信號阻隔在5pin的輸入端。
六.采樣來的信號能不能不接電壓跟隨器直接連到比例放大電路的運放再通到單片機?
看你輸入信號的信號源性質(zhì)，同時要看你放大電路的輸入電阻。如果信號源輸出電阻很小，而放大電路的輸入電阻很大，那沒問題。不過實際上，有時候采樣器件出來的信號，輸出電阻有時候會很大，而放大電路問題更多，比如反相比例放大電路，有時候輸入電阻就很小。此時電壓跟隨器就很有必要了。否則信號會大量損失在輸入端口，只有很少量信號能進入放大器，被有效放大，也就是常說的阻抗不匹配。如果你經(jīng)驗不太豐富，加跟隨器比較保險和穩(wěn)妥的做法。
七.電流信號采集運放放大 濾波 跟隨到單片機的AD 我這個電壓跟隨器有必要加嗎?
加一極跟隨器除了可以增加輸出負載能力，使輸出穩(wěn)定之外，還可以進一步隔離信號采集端和AD測量端，可以說是一個雙向保護。一方面使得輸入到AD芯片的信號更穩(wěn)定，另一方面減少AD芯片高頻率采樣對信號源產(chǎn)生的干擾(AD采樣的時候從I/O口對外的干擾)。
八.什么樣的電路中用到電壓跟隨器呢?濾波電路與放大電路之間需要嗎?
1、電壓跟隨器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，在電路中其阻抗變換的作用。簡單理解就是增強信號的驅(qū)動能力。
2、濾波電路如果是有源濾波器，輸出阻抗很小(運放輸出阻抗小)，與放大電路之間不需要加跟隨器。
3、如果是無源濾波器，輸出阻抗較大，如果后面放大器是同相放大器，其輸入阻抗很大，也無需跟隨器。
4、如果是無源濾波器，輸出阻抗較大，如果后面放大器是反相放大器，其輸入阻抗較小，需要加跟隨器，否則，會影響放大器的精度。
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