运放电压跟随电路应用

电压跟随器的显著特点:输入阻抗高,输出阻抗低。

如下所示为利用放大器搭建的电压跟随电路,方便测量电压大小:

 

此电路目的是测量电池电压,电池电压范围(3~4.2V)分压后最大电压为2.1V 属于3.3V电源电压下的输入范围;(电流检测,参见上图减法器电路接法)

注意电阻R31作为反馈的跟随电阻,为了电路平衡,大小尽量与信号源匹配,用于提高跟随精度减小失调范围;此电路中选用510K。

仿真如下:

 

### 电压跟随的设计与工作原理 #### 工作原理 电压跟随是一种特殊的配置,其输出电压等于输入电压。这种电路的核心特性在于它的高输入阻抗和低输出阻抗[^2]。由于理想的开环增益极高,在负反馈的作用下,当同相输入端接收到信号时,反相输入端会通过反馈机制调整至几乎相同的电位(即虚短现象),从而实现 \( U_o = U_i \)[^1]。 具体来说,电压跟随利用了的负反馈路径来稳定输出电压。在这种情况下,输入信号被施加到同相输入端 (\(+\)),而输出则连接回到反相输入端 (\(-\))[^2]。因此,无论负载如何变化,只要在开环增益范围内,输出始终能精确复制输入信号。 #### 设计方法 为了构建一个简单的电压跟随,仅需将的一个输出脚直接连回其反相输入端即可完成基本设置。以下是具体的步骤描述: ```plaintext - 将输入信号接入的正相输入端; - 把的输出端接到反相输入端形成闭环控制。 ``` 此外需要注意的是实际件可能存在一些偏差比如偏移电压等问题影响性能表现[^3]。可以通过合理选择元件参数如加入平衡电阻等方式减少这些误差带来的负面影响。 ```python import numpy as np def voltage_follower(input_voltage, gain=1): """ Simulates a basic Voltage Follower using an ideal opamp model. Parameters: input_voltage (float): Input signal to the non-inverting pin of OpAmp. gain (int or float): Gain factor; ideally set at unity for followers. Returns: output_voltage(float): Output from the operational amplifier matching its input under perfect conditions. """ return input_voltage * gain # In case of follower configuration 'gain' should remain close but less than one example_input_signal = 5.0 output_result = voltage_follower(example_input_signal) print(f"For {example_input_signal} V input, expected output is approximately {output_result:.2f} Volts.") ``` 上述代码片段展示了如何模拟理想的电压跟随行为,其中假设不存在任何失配或噪声干扰因素的影响。 ---
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