运放搭建的跟随电路作用与分析

电压跟随器,顾名思义就是输出电压与输入电压是相同的,就是说电压跟随器的电压放大倍数恒小于且接近1。

电压跟随器的显著特点就是,输入阻抗高,而输出阻抗低

根据其显著特点,常见的作用如下:

1- 缓冲 在一定程度上可以避免由于输出阻抗较高,而下一级输入阻抗较小时产生的信号损耗,起到承上启下的作用。

2- 隔离 由于电压跟随器具有输入阻抗高,输出阻抗低的特点,使得它对上一级电路呈现高阻状态,而对下一级电路呈现低阻状态,常用于中间级,以隔离前后级电路,消除它们之间的相互影响。在HIFI电路中就包含电压跟随器,将其置于前级和功放之间,用于消除扬声器的反电动势对前级的干扰,使得音质更加清晰。

3- 阻抗匹配、提高带载能力

举例电路分析如下:

 

  • R1 R2 R3 D1的作用是什么?

R1:为了电路平衡,大小与信号源匹配,用于提高跟随精度,减小失调范围;

R2:相当于“上拉电阻”,因为这个电路跟随的电压低于-5V;

R3:调整输出阻抗;

D1:钳位作用,保证输出电压不超过-5+0.8V。

  • 上面电路并非简单的跟随器,它包含了微分电路和积分电路:

R1和C组成微分电路,当输入信号突变时运放输出高脉冲信号,可以用于检出输入信号突变情况;

R2是运放的负载电阻,但并非是输出的负载电阻;

R3与470pF电容组成积分电路,可以消除运放输出的高脉冲信号。

  • 下图是当输入信号突变时的输出波形:

红色是输入信号,白色是运放输出信号,蓝色是最终输出信号

 

电压跟随器是一种特殊的大器配置,其中输出信号精确地复制了输入信号。这种类型的缓冲器具有高输入阻抗和低输出阻抗的优点,这使得它们非常适合用于隔离不同阶段的电路或者驱动需要较低输出阻抗的大负载。 对于一个加强版的电压跟随器设计实现电路来说,可以考虑以下几个方面来改进标准电压跟随器的功能: 增强稳定性 为了确保在高频下稳定工作,可以在反馈路径上加入一个小电容(通常几皮法),以补偿可能存在的相位滞后,从而避免振荡的发生。 提高带宽 选择高速度、宽带宽特性的大器能够提升整个系统的响应速度以及处理更高频率信号的能力。 增加保护机制 为防止静电电(ESD)损坏敏感元件,在输入端口处添加限流电阻及双向瞬态抑制二极管(TVS),同时也可以考虑采用热插拔控制器等措施进一步保障系统安全可靠行。 改善电源管理 优化供电线路布局减少噪声干扰;选用低压差线性稳压源(LDO)给运放开设独立干净的工作环境;必要时还可以引入辅助电源支持更大范围内的正常作条件。 下面是一个简单的加强型电压跟随器的设计实例: ```circuitikz \begin{circuitikz}[american] \draw (0,0) node[op amp] (opamp) {} (-2,.5) to[short,-*] ++(1.5,0) -- (opamp.-) (-2,-.5) to[R,l=$R_1$,-*] ++(1.5,0) |- (opamp.+); % Input signal source and coupling capacitor \draw (-3,.5) to[sV,l=$v_{in}$,*-] (-2,.5); \draw (-3,.5) to[C,C_*-,l=$C_i$] (-3,0); % Output with decoupling capacitor for stability at high frequencies \draw (opamp.out) to[short,*-] ++(.5,0) coordinate (out); \draw (out) to[C,C_*-,l=$C_f$] (out|-0,-1); % Power supply lines with filtering capacitors \draw (opamp.up) to[short,*-o] ++(0,1) node[right]{+Vcc}; \draw (opamp.down) to[short,*-o] ++(0,-1) node[right]{GND} to[C,C_*-,l=$C_s$] ($(opamp.down)-(0,1)$); % Load resistor representing the output impedance seen by next stage. \draw (out) to[R,l=$R_L$] (out|-0,-2) node[ground]{}; % Indicate input/output nodes clearly \node[left ] at (-3,.5) {$v_{in}$}; \node[right] at ( out ) {$v_{out}=v_{in}$}; \end{circuitikz} ``` 请注意以上提供的TikZ代码仅适用于LaTeX环境中绘制电路图,并非实际硬件描述语言(HDL)或编程脚本。
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