電壓跟隨器的特點(diǎn)和性能

什么是電壓跟隨器?

電壓跟隨器是一種輸入輸出電壓相同的放大電路。這個(gè)電路的輸入阻抗高，輸出阻抗低，且電壓增益為1。這意味著電壓跟隨器對(duì)輸入電壓信號(hào)的影響很小，輸出電壓與輸入電壓相等，輸出電流可以比較大。電壓跟隨器充當(dāng)緩沖器，不對(duì)信號(hào)提供放大或衰減。

下圖為使用運(yùn)放搭建的電壓跟隨器：

電壓跟隨器的特點(diǎn)

①提供了功率和電流的增益

②高輸入阻抗和低輸出阻抗

③不會(huì)增強(qiáng)或減弱輸入信號(hào)的幅度

④避免了加載效應(yīng)

⑤高頻噪聲無法濾除

⑥單位傳輸增益

電壓跟隨器的應(yīng)用

電壓跟隨器如其命名一樣，主要應(yīng)用于將一個(gè)輸出阻抗很高的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出阻抗低的電壓源。

當(dāng)我們要采集一個(gè)電壓信號(hào)時(shí)，由于信號(hào)源的輸出阻抗一般較高，例如我們想要得到一個(gè)2.5V的電壓為一個(gè)10Ω負(fù)載供電，當(dāng)我們只有一個(gè)5V電源時(shí)，我們就能通過電阻分壓的方式，使用兩10KΩ的電阻串聯(lián)，得到一個(gè)2.5V的電壓，通過電壓跟隨器為10Ω負(fù)載供電。

由于電壓跟隨的輸入阻抗很高，跟隨器的電壓將一直保持2.5V。如果沒有這個(gè)電壓跟隨器，我們想要給10Ω負(fù)載提供一個(gè)2.5V電壓，就只有再使用一個(gè)10Ω的分壓電阻，將消耗一半的功率在分壓電阻上。當(dāng)負(fù)載電阻改變后又需要改變分壓電阻的阻值。

然而使用電壓跟隨器后，我們只需要保證運(yùn)算放大器的輸入電壓不會(huì)發(fā)生變化，那么跟隨放大器的輸出電壓將一直保持在2.5V，負(fù)載的變化不會(huì)對(duì)電源產(chǎn)生較大的影響。

為什么要使用電壓跟隨器?

①電壓跟隨器能減小電流消耗

前面我們也提到，跟隨放大器的輸入阻抗很大，那么它有什么作用呢?我們還是按照使用兩個(gè)10KΩ電阻，分壓得到2.5V來看，因?yàn)槭鞘褂玫碾娮璺謮?，那么分出來的這個(gè)電壓就與阻值有很大關(guān)系。我們假設(shè)跟隨放大器的輸入端輸入電阻為100MΩ，那么10KΩ與100MΩ的等效并聯(lián)電阻將趨近于10K。此時(shí)電壓將穩(wěn)定到2.5V。

那么如果我們不使用電壓跟隨器，假定我們使用ADC采集這個(gè)電壓，由于ADC的采集特性，在ADC采集過程中需要不斷對(duì)通道上的輸入電容充電，雖然這個(gè)電容的容量不大，但是由于電容快速汲取電流，將導(dǎo)致兩個(gè)10K電阻上的電流不平衡，電壓就不能保持在2.5V。

②電壓跟隨器能減小輸出阻抗

電壓跟隨器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗的特點(diǎn)。對(duì)于一些負(fù)載阻抗較小的電路，往往需要較大的瞬時(shí)電流和持續(xù)電流，電壓跟隨器能夠?yàn)檫@些電路提供較大的電流，且不會(huì)影響到輸入電路。

③電壓跟隨器還起到隔離作用

輸入阻抗很大時(shí)，電壓跟隨器通過高阻抗斷開電源電路，相當(dāng)于和前級(jí)電路斷路;電壓跟隨器輸出阻抗很低，相當(dāng)于和后級(jí)電路短路。后級(jí)電路的輸入電壓值等于電壓跟隨器輸出端的電壓值。電壓跟隨器起到隔離作用，保護(hù)后級(jí)電路。

電壓跟隨器的特點(diǎn)和性能

特點(diǎn)

高輸入阻抗：電壓跟隨器具有非常高的輸入阻抗，幾乎沒有電流流過輸入端，因此不會(huì)對(duì)信號(hào)源產(chǎn)生負(fù)載影響。

低輸出阻抗：電壓跟隨器具有非常低的輸出阻抗，可以輸出高電流和低失真的信號(hào)。

精確度高：電壓跟隨器可以提供高精度的信號(hào)放大，并且具有較好的線性性能和穩(wěn)定性。

寬頻帶：電壓跟隨器可以在廣泛的頻率范圍內(nèi)工作。

性能

帶寬：電壓跟隨器的帶寬將決定其工作在多大的頻率上。通常情況下，電壓跟隨器的帶寬越大，其響應(yīng)速度就越快。

增益誤差：電壓跟隨器的增益誤差將直接影響其輸出的精度和穩(wěn)定性。較低的增益誤差將有助于提高電壓跟隨器的性能。

零點(diǎn)漂移：電壓跟隨器的零點(diǎn)漂移將影響其輸出的穩(wěn)定性，特別是在長時(shí)間使用和溫度變化較大的情況下。

電壓跟隨器有哪些應(yīng)用

信號(hào)放大

由于電壓跟隨器具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，因此它可以被用來對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大和隔離。例如，在音頻放大器中，電壓跟隨器通常被用作前級(jí)放大器。

信號(hào)緩存

在某些情況下，信號(hào)需要經(jīng)過多個(gè)電路和設(shè)備才能到達(dá)目標(biāo)地點(diǎn)。這可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)損失和失真。為了解決這個(gè)問題，電壓跟隨器可以被用作信號(hào)緩存器，確保信號(hào)穩(wěn)定并減少信噪比。

傳感器接口

電壓跟隨器可以被用來處理各種類型的傳感器輸出，并將其轉(zhuǎn)換為可讀取和分析的信號(hào)。例如，在溫度和濕度測量領(lǐng)域，電壓跟隨器可以被用來將模擬傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。

穩(wěn)壓器控制

電壓跟隨器還可以被用來控制穩(wěn)壓器的輸出電壓。由于電壓跟隨器具有高精度和高穩(wěn)定性，因此它可以確保穩(wěn)壓器的輸出電壓穩(wěn)定并準(zhǔn)確。

綜上所述，電壓跟隨器是一種重要的放大電路，在各種應(yīng)用中都有廣泛的使用。了解其特點(diǎn)和性能將有助于正確選擇合適的電壓跟隨器并優(yōu)化其性能。

電壓跟隨器具有高輸入電阻、低輸出電阻的特點(diǎn)。極端一點(diǎn)理解的話，當(dāng)輸入阻抗很高時(shí)，就相當(dāng)于對(duì)前級(jí)電路開路，當(dāng)輸出阻抗很低時(shí)，對(duì)后級(jí)電路就相當(dāng)于一個(gè)恒壓源，即輸出電壓不受后級(jí)電路阻抗影響。一個(gè)對(duì)前級(jí)電路相當(dāng)于開路，輸出電壓又不受后級(jí)阻抗影響的電路當(dāng)然具備隔離作用，即使前、后級(jí)電路之間互不影響。而隔離作用就是將負(fù)載對(duì)輸入端的影響隔離掉。電壓跟隨器的作用

在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。由于電壓放大器的輸出阻抗一般比較高，通常在幾千歐到幾十千歐，如果后級(jí)的輸入阻抗比較小，那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。應(yīng)用電壓跟隨器的另外一個(gè)好處就是，提高了輸入阻抗，這樣，輸入電容的容量可以大幅度減小，為應(yīng)用高品質(zhì)的電容提供了前提保證。

電壓跟隨器的另外一個(gè)作用就是隔離，在HI-FI電路中，關(guān)于負(fù)反饋的爭議已經(jīng)很久了，其實(shí)，如果真的沒有負(fù)反饋的作用，相信絕大多數(shù)的放大電路是不能很好的工作的。但是由于引入了大環(huán)路負(fù)反饋電路，揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢就會(huì)通過反饋電路，與輸入信號(hào)疊加。造成音質(zhì)模糊，清晰度下降，所以，有一部分功放的末級(jí)采用了無大環(huán)路負(fù)反饋的電路，試圖通過斷開負(fù)反饋回路來消除大環(huán)路負(fù)反饋的帶來的弊端。但是，由于放大器的末級(jí)的工作電流變化很大，其失真度很難保證。

在這里，電壓跟隨器的作用正好達(dá)到應(yīng)用，把電路置于前級(jí)和功放之間，可以切斷揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢對(duì)前級(jí)的干擾作用，使音質(zhì)的清晰度得到大幅度提高。