運放電壓跟隨器 – 定義、電路圖、工作原理及應用

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輸出電壓跟隨輸入電壓的電子電路稱為電壓跟隨器。換句話說，電壓跟隨器是一種電子電路，其輸出電壓保持與輸入電壓相同。我們可以使用運算放大器設計電壓跟隨器。使用運算放大器實現的電壓跟隨器通常稱為單位增益運算放大器或運放緩衝器。

在本文中，我們將討論使用運算放大器設計的電壓跟隨器的定義、電路、工作原理、優點和應用。因此，讓我們從電壓跟隨器的基本介紹開始。

什麼是電壓跟隨器？

如前所述，電壓跟隨器是一種使用運算放大器設計的電子電路，其輸出電壓等於其輸入電壓。之所以這樣命名，是因為其輸出電壓跟隨輸入電壓。

電壓跟隨器也稱為緩衝放大器、隔離放大器或單位增益放大器。由於電壓跟隨器不放大輸入電壓，因此其電壓增益為單位增益。它主要用於在電路中提供緩衝。

電壓跟隨器的輸入阻抗非常高。因此，它通常用於需要在輸入和輸出之間進行電氣隔離的幾種型別的電子電路中。

電壓跟隨器的電路圖和工作原理

使用運算放大器的電壓跟隨器的電路圖如圖 1 所示。

電壓跟隨器的工作原理基於歐姆定律，即流過電路的電流等於其電壓與電阻之比，即

$$\mathrm{電流=\frac{電壓}{電阻}}$$

因此，電壓跟隨器被設計為具有高內阻（在本例中為電阻）。因為，低輸入阻抗（電阻）會導致大量電流流過電路以獲得固定的電壓。因此，電壓跟隨器從電源獲取大量功率，導致高源干擾。

從電路圖可以看出，電壓跟隨器的輸出連線到運算放大器的反相輸入端。由於這種連線，運算放大器將輸出電壓調整為等於其輸入電壓。因此，輸出電壓將跟隨輸入電壓。

高輸入阻抗和低輸出阻抗的影響

如前所述，電壓跟隨器電路具有高輸入阻抗（在本例中為電阻），其典型範圍為 1 MΩ 至 10 TΩ。

現在，假設輸入電壓是固定的，並且輸入和輸出電路的電阻可能會發生變化。然後，當電壓跟隨器具有高輸入阻抗時，運算放大器不會載入電源並從中汲取非常小的電流。

但是，我們知道，對於電壓跟隨器，輸入電壓和輸出電壓必須保持相同。為此，輸出電路應具有非常低的阻抗，以便運算放大器的輸出電流可以具有較高的值，以保持輸出電壓與輸入電壓相同。因此，電壓跟隨器驅動負載的方式與理想電壓源驅動負載的方式相同，但它充當輸入和輸出電路之間的緩衝器。

使用電壓跟隨器電路可以減少電源的功耗，並減少過載和電磁干擾造成的失真。

電壓跟隨器的電壓增益

對於電壓跟隨器，輸入電壓和輸出電壓相同。因此，電壓跟隨器具有單位電壓增益。但是，實際電壓跟隨器電路的電壓增益不可能完全為單位增益，但它大約為單位增益。以 dB 為單位，電壓跟隨器的單位電壓增益相當於 0 dB。

為什麼在電路中使用電壓跟隨器

在電氣和電子電路中，電壓跟隨器用於以下兩個目的：

• 電壓跟隨器用於電路中，在輸入和輸出電路之間進行電氣隔離。

• 電壓跟隨器用於電路中，以在負載端獲得所需的電壓。

電壓跟隨器的優點

以下是電壓跟隨器的主要優點：

• 使用運算放大器實現的電壓跟隨器幾乎不從輸入電源汲取電流。

• 它具有高輸入阻抗和低輸出阻抗。

• 電壓跟隨器同時提供電流增益和功率增益。

• 電壓跟隨器有助於避免載入效應。

• 電壓跟隨器不放大輸入訊號的電壓。

• 電壓跟隨器具有單位電壓增益。

電壓跟隨器的應用

以下是使用運放的電壓跟隨器的一些重要應用：

• 用於隔離輸入和輸出電路

• 用作電子邏輯電路中的緩衝器

• 透過感測器用於橋式電路

• 用於取樣保持電路

• 用於有源濾波器

結論

從以上討論中，我們可以得出結論，電壓跟隨器是一種基於運算放大器的電子電路，其輸入電壓和輸出電壓相等。它是一個具有單位電壓增益的非反相緩衝器。它使用一個訊號運算放大器來實現。在電壓跟隨器電路中使用運算放大器可以獲得穩定的單位增益。