電壓跟隨器秘笈(四)，分析電壓跟隨器輸入/輸出誤差

電壓跟隨器是常用的電子元器件之一，對于電壓跟隨器，小編曾帶來過相關(guān)文章。為增進(jìn)大家對電壓跟隨器的理解，本文將以另一個視角對電壓跟隨器加以講解。本文目的在于分析電壓跟隨器輸入、輸出之間的誤差，主要內(nèi)容為：輸入輸出端出現(xiàn)相位差的主要原因、運(yùn)算放大器的特性、運(yùn)算放大器周邊電路對反饋環(huán)路的影響。如果你對本文將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

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。電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高，而輸出阻抗低，一般來說，輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆是很容易做到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低。

一、輸入輸出端出現(xiàn)相位差的主要原因

其原因大致可分為兩種：

1，由于運(yùn)算放大器固有的特性

2，由于運(yùn)算放大器以外的反饋環(huán)路的特性

二、運(yùn)算放大器的特性

Fig2a 及Fig2b分別代表性地反映了運(yùn)算放大器的電壓增益—頻率特性和相位—頻率特性。數(shù)據(jù)手冊中也有這兩張曲線圖。

如圖所示，運(yùn)算放大器的電壓增益和相位隨頻率變化。運(yùn)算放大器的增益與反饋后的增益(使用電壓跟隨器時為0dB)之差，即為反饋環(huán)路繞行一周的增益(反饋增益)。如果反饋增益不足1倍(0dB)，那么，即使相位變化180o，回到正反饋狀態(tài)，負(fù)增益也將在電路中逐漸衰減，理論上不會引起震蕩。

反而言之，當(dāng)相位變化180o后，如頻率對應(yīng)的環(huán)路增益為1倍，則將維持原有振幅;如頻率對應(yīng)的環(huán)路增益為大于1倍時，振幅將逐漸發(fā)散。在多數(shù)情況下，在振幅發(fā)散過程中，受最大輸出電壓等非線性要素的影響，振幅受到限制，將維持震蕩狀態(tài)。

為此，當(dāng)環(huán)路增益為0dB時的頻率所對應(yīng)的相位與180o之間的差是判斷負(fù)反饋環(huán)路穩(wěn)定性的重要因素，該參數(shù)稱為相位裕度。(Fig2b.)

如沒有特別說明，單個放大器作為電壓跟隨器時，要保持足夠相位裕度的。

注：數(shù)據(jù)手冊注明「建議使用6dB以上的增益」的放大器，不可用作電壓跟隨器。

三、運(yùn)算放大器周邊電路對反饋環(huán)路的影響

在實(shí)際應(yīng)用中，構(gòu)成電壓跟隨器并非象Fig1.那樣簡單地將輸入端和輸出端直接連接在一起。至少輸出端是與某個負(fù)載連接在一起的。因此，必須考慮到該負(fù)載對放大器的影響。

例如，如Fig3.所示，輸出端和接地之間接電容時，這一容量與運(yùn)算放大器的輸出電阻構(gòu)成的常數(shù)造成相位滯后。

(Fig2b.所示之狀態(tài)可能變化為Fig2c所示之狀態(tài))這時，環(huán)路增益在輸出電阻和C的作用下降低。同時，相位和增益之間不再有比例關(guān)系，相位滯后成為決定性因素，使反饋環(huán)路失去穩(wěn)定，最糟糕時可能導(dǎo)致震蕩。單純地在輸出端和接地之間連接電容，構(gòu)成電壓跟隨器時，每種運(yùn)算放大器之間的穩(wěn)定性存在差異。

Fig4.為輸入端需要保護(hù)電阻的運(yùn)算放大器可能發(fā)生的問題。

為解決Fig3.出現(xiàn)的問題，可采用Fig5.(a)、(b)所示之方法。(a)圖中插入R，消除因CL而產(chǎn)生的反饋環(huán)路相位滯后。(在高頻區(qū)，R作為運(yùn)算放大器的負(fù)荷取代了CL而顯現(xiàn)出來。) (b)則用C1來消除CL造成的相位滯后。

為解決Fig4.的問題，則可在輸入保護(hù)電阻上并聯(lián)一個尺寸適當(dāng)?shù)碾娙?。一般被叫?ldquo;輸入電容取消值”的近似值約為10pF～100pF。

以上便是小編此次為大家?guī)淼?ldquo;電壓跟隨器”相關(guān)內(nèi)容，通過本文，希望大家對輸入輸出端出現(xiàn)相位差的主要原因、運(yùn)算放大器的特性、運(yùn)算放大器周邊電路對反饋環(huán)路的影響有所了解。如果你對本文內(nèi)容感到滿意，不妨繼續(xù)關(guān)注我們網(wǎng)站哦，你可在往期文章中找到更多“電壓跟隨器”精彩內(nèi)容。最后，十分感謝大家的閱讀，have a nice day!