运放的电压追随电路，如图1所示，利用虚短、虚断，一眼看上去简单明了，没有什么太多内容需要注意，那你可能就大错特错了。理解好运放的电压追随电路，对于理解运放同相、反相、差分、以及各种各样的运放的电路，都有很大的帮助。
电压追随电路分析
如果我们连接运放的输出到它的反相输入端，然后在同相输入端施加一个电压信号，我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压。
假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V，然后当Vin从0V开始增加的时候，Vout也会增加，而且是往正电压的方向增加。这是因为假设Vin突然增大，Vout还没有响应依然是0V的时候，Ve=Vin-Vout是大于0的，所以乘上运放的开环增益，Vout=Ve*A，使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加。
当随着Vout增加的时候，输出电压被反馈回到反相输入端，然后会减小运放两个输入端之间的压差，也就是Ve会减小，在同样的开环增益的情况下，Vout自然会降低。最终的结果就是，无论输入是多大的输入电压（当然是在运放的输入电压范围内），运放始终会输出一个十分接近Vin的电压，但是这个输出电压Vout是刚好低于Vin的，以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve，来维持运放的输出，也就是Vout=Ve*A。
运放电路中的负反馈
这个电路很快就会达到一个稳定状态，输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差，这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。将运放的输出与运放的反相输入端连接起来，这样的方式被称为负反馈，这是使系统达到自稳定的关键。这不仅仅适用于运放，同样适用于任何常见的动态系统。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力，而不是仅仅处于饱和的状态，全“开”或者全“关”，就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样。
由于运放的增益很高，在运放反相输入端维持的电压几乎与Vin相等。举例来说，一个运放的开环增益为200 000。如果Vin等于6V，这时输出电压会是5.999 970 000 149 999V。这在运放的输入端产生了足够的电压差Ve=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV，这个电压会被放大然后在输出端产生幅值为5.999 970 000 149 999V的电压，从而这个系统会稳定在这里。正如你所见，29.999 85uV是一个很小的电压，因此对于实际计算来说，我们可以认为由负反馈维持的运放两个输入端之间的压差Ve=0V，整个过程如图2所示。这也就是我们熟悉的“虚短”，而由于运放的两个输入端之间的阻抗是很大的，自然也就有了“虚断”。下面的电路具有稳定的1倍的闭环增益，输出电压会简单的追随输入电压。
使用负反馈的一个很大的优势是，我们不用去关心运放的实际电压增益，只要它足够大就可以。如果运放的电压增益不是200 0000而是250 000，这会使得运放的输出电压会更接近Vin一些，更小的输入端之间的电压差用来产生需要的输出电压。在图2示意的电路中，输出电压同样会等于运放反相输入端上的输入电压。因此，对于电路设计工程师来说，为了实现放大电路的稳定的闭环增益，运放的开环增益没有必要是一个精确的值，负反馈会使得系统自我调整。
使用负反馈会改善线性度、增益稳定、输出阻抗、增益的精度，但使用负反馈同样也会带来一个严重的问题，那就是降低系统的稳定性，而对于单位增益的电压追随电路来说，这是一种最坏的情况，尤其是在驱动容性负载的情况下，感兴趣的同学可以自己去查阅相关的资料。
关于运放电路，很多时候我们都被灌输反相端追随同相端，就像前面所说的那样，难道就不能同相端追随反相端吗？
对于今天讲的电压追随电路来说，只能是反相端追随同相端。这里因为如果在反相端施加一个正的输入电压，将输出连接到同相端，同样假设输出为0，那Ve会是一个负的电压，乘以运放的开环增益，那输出会是一个负的电压，返回到运放的同相输入端，会进一步得到一个绝对值更大的负电压差。很快运放的输出就会达到饱和，自然也就无法实现同相端追随反相端。
但对于运放来说，如果在反相端施加参考电压，配合其它电子元器件，如三极管、MOS等，使得运放的整体环路形成负反馈，同样也能使同相端追随反相端，而这也自然打破了我们熟悉的运放的反相端追随同相端的规律。
运放的电压追随电路，”虚短”、“虚断”是表面，而负反馈才是根。基于这个根，可以很好的帮助我们去理解千变万化的运放电路。
电压追随电路分析
如果我们连接运放的输出到它的反相输入端，然后在同相输入端施加一个电压信号，我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压。
假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V，然后当Vin从0V开始增加的时候，Vout也会增加，而且是往正电压的方向增加。这是因为假设Vin突然增大，Vout还没有响应依然是0V的时候，Ve=Vin-Vout是大于0的，所以乘上运放的开环增益，Vout=Ve*A，使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加。
当随着Vout增加的时候，输出电压被反馈回到反相输入端，然后会减小运放两个输入端之间的压差，也就是Ve会减小，在同样的开环增益的情况下，Vout自然会降低。最终的结果就是，无论输入是多大的输入电压（当然是在运放的输入电压范围内），运放始终会输出一个十分接近Vin的电压，但是这个输出电压Vout是刚好低于Vin的，以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve，来维持运放的输出，也就是Vout=Ve*A。
运放电路中的负反馈
这个电路很快就会达到一个稳定状态，输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差，这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值。将运放的输出与运放的反相输入端连接起来，这样的方式被称为负反馈，这是使系统达到自稳定的关键。这不仅仅适用于运放，同样适用于任何常见的动态系统。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力，而不是仅仅处于饱和的状态，全“开”或者全“关”，就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样。
由于运放的增益很高，在运放反相输入端维持的电压几乎与Vin相等。举例来说，一个运放的开环增益为200 000。如果Vin等于6V，这时输出电压会是5.999 970 000 149 999V。这在运放的输入端产生了足够的电压差Ve=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV，这个电压会被放大然后在输出端产生幅值为5.999 970 000 149 999V的电压，从而这个系统会稳定在这里。正如你所见，29.999 85uV是一个很小的电压，因此对于实际计算来说，我们可以认为由负反馈维持的运放两个输入端之间的压差Ve=0V，整个过程如图2所示。这也就是我们熟悉的“虚短”，而由于运放的两个输入端之间的阻抗是很大的，自然也就有了“虚断”。下面的电路具有稳定的1倍的闭环增益，输出电压会简单的追随输入电压。
使用负反馈的一个很大的优势是，我们不用去关心运放的实际电压增益，只要它足够大就可以。如果运放的电压增益不是200 0000而是250 000，这会使得运放的输出电压会更接近Vin一些，更小的输入端之间的电压差用来产生需要的输出电压。在图2示意的电路中，输出电压同样会等于运放反相输入端上的输入电压。因此，对于电路设计工程师来说，为了实现放大电路的稳定的闭环增益，运放的开环增益没有必要是一个精确的值，负反馈会使得系统自我调整。
使用负反馈会改善线性度、增益稳定、输出阻抗、增益的精度，但使用负反馈同样也会带来一个严重的问题，那就是降低系统的稳定性，而对于单位增益的电压追随电路来说，这是一种最坏的情况，尤其是在驱动容性负载的情况下，感兴趣的同学可以自己去查阅相关的资料。
关于运放电路，很多时候我们都被灌输反相端追随同相端，就像前面所说的那样，难道就不能同相端追随反相端吗？
对于今天讲的电压追随电路来说，只能是反相端追随同相端。这里因为如果在反相端施加一个正的输入电压，将输出连接到同相端，同样假设输出为0，那Ve会是一个负的电压，乘以运放的开环增益，那输出会是一个负的电压，返回到运放的同相输入端，会进一步得到一个绝对值更大的负电压差。很快运放的输出就会达到饱和，自然也就无法实现同相端追随反相端。
但对于运放来说，如果在反相端施加参考电压，配合其它电子元器件，如三极管、MOS等，使得运放的整体环路形成负反馈，同样也能使同相端追随反相端，而这也自然打破了我们熟悉的运放的反相端追随同相端的规律。
运放的电压追随电路，”虚短”、“虚断”是表面，而负反馈才是根。基于这个根，可以很好的帮助我们去理解千变万化的运放电路。
- 上一篇： 一文了解如何通过元件布局控制 EMI
- 下一篇： 与门电路的应用原理以及接法介绍
文章评论（1条评论）
登录后参与讨论
相关推荐阅读
-
简单qqq 2022-02-08 10:42
- 《集成电路测试指南》+试读报告
- 非常有幸能参加这次的试读，在此也谢谢论坛的管理小伙伴们收到书的时候还是很激动的。首先外观，包装很好，无破损和翘角，印刷质量非常好，字迹清楚然后是书本内容。纵观整个集成电路的学习资料，很少有完全讲解测试...
-
- 模拟小白学习心得分享
- 文笔不太好，废话比较多，将就一下作为一个浑浑噩噩工作了10年后才开始模拟电子之路的小白来说，模拟电子确实难，年纪大了，公式记不住，更要命的是电路基础也是最近才重新捡起来重学，所以可以说是完完全全的小白...
-
- 三张图，看懂手机开机、充电、显示的实现原理
- 手机可以方便人们的生活，可以加快人们之间信息的传递，可以加快生活的节奏。所以手机现在已经成为了人们生活中必需品中的必须品。很多人现在离不开手机这是肯定的，比如我。但是大家知道手机是怎样运行的吗？今天就...
-
- 解析锂电池的充电的整个过程！
- 锂电池充电器的基本要求是特定的充电电流和充电电压，从而保证电池安全充电。增加其它充电辅助功能是为了改善电池寿命，简化充电器的操作，其中包括给过放电的电池使用涓流充电、电池电压检测、输入电流限制、充电完...
-
- 学习电子如何入门？哪些是要学的，要按照怎样的顺序学？
- 对于一个要学习电子学的初学者来说，最困难的可能就是准确的了解什么是我们应该学习的？哪些内容值得学习？学习这些内容一般要按照怎样的顺序？ 出发点 下图提供了一个很好的出发点，告诉我们那些是要学的，要...
EE直播间
更多
-
提升毫米波信号测试精度 直播时间： 12月18日 14:00 -
EE Talk主题专访系列直播-对话：释放 Wi-Fi 7 在高带宽应用中的技术潜力 直播时间： 12月19日 10:00
关闭
站长推荐
/2 
/2
-
返回顶部
-
curton 2020-2-13 17:47