• 什么是电压跟随器？
• 电压跟随器原理图
• 电压跟随器有什么作用？
• 电压跟随器计算方法
• 电压跟随器示例
• 电压跟随器通俗易懂总结
• 电压跟随器的优点

顺便提一下，之前有讲同相运算放大器和反相运算放大器，文章末尾可以点击链接直达。

一、什么是电压跟随器？

电压跟随器（也称为单位增益放大器、缓冲放大器和隔离放大器）是一种电压增益为 1 的运算放大器电路。这意味着运算放大器不会对信号进行任何放大。

之所以称为电压跟随器，是因为输出电压直接跟随输入电压，即输出电压与输入电压相同。因此，例如，如果 10V 作为输入进入运算放大器，则 10V 作为输出输出。电压跟随器充当缓冲器，不对信号提供放大或衰减，具体的如下图所示：

电压跟随器原理图

二、电压跟随器原理图

根据欧姆定律（如下图公式）：

欧姆定律公式

因此可以说，当电阻增加时，从电源汲取的电流会减少。因此，我们得出结论，如果电流馈入高阻抗负载，则功率不受影响。

为了理解电压跟随器的原理，可以通过以下示例。

首先，考虑一个低阻抗负载的电路，电源正在为其供电，如下图所示。在这里，由于欧姆定律所解释的低电阻负载，负载会消耗大量电流。因此，从电源获取大量电力。这导致电源中的高干扰。

低阻抗负载电路

接下来，考虑给予电压跟随器相同的功率。由于其非常高的输入阻抗，该电路仅消耗非常少量的电流。由于缺少反馈电阻，电路的输出将与输入相同。

电压跟随器原理图

三、电压跟随器计算方法

在电路中，电压被共享或分配给连接组件的阻抗或电阻。当连接运算放大器时，由于高阻抗，大部分电压会下降。因此，在分压器电路中使用电压跟随器，将为负载提供足够的电压。下图为一个带有电压跟随器的分压器电路。

电压跟随器的分压器电路

分压器位于两个 10 KΩ 电阻和运算放大器的中间。该运算放大器将提供数百 MΩ的输入电阻。现在，我们可以假设它为 100 MΩ，所以等效并联电阻为 10 KΩ || 100KΩ 。

等效并联电阻

所以，我们得到 10KΩ || 10KΩ。两个相似电阻组成的分压器将提供电源电压的一半，可以使用分压器公式来证明它，如下所示：

分压器公式

因此，这个 5V 将在顶部的 10KΩ 电阻上下降，在底部的 10KΩ 电阻和 100Ω 负载电阻上下降 5V（由于 10 KΩ||100 Ω，相同的电压将在并联的电阻器中下降）。

由此，我们看到了运算放大器如何充当缓冲器，为连接的负载提供所需的电压。在没有电压跟随器的同一电路中，电路将无法工作。这是由于负载两端的电压不足。

主要在电路中实现电压跟随器有两个原因。一个是隔离目的，另一个是缓冲来自电气或电子电路的输出电压，以获得连接负载的所需电压。

四、电压跟随器有什么作用？

有人可能会问，电压跟随器的目的是什么？既然它输出与输入相同的信号，那么它在电路中的用途是什么？

运算放大器电路是具有非常高输入阻抗的电路，这种高输入阻抗是使用电压跟随器的原因。

下面将总结一下电压跟随器的作用。

1、电压跟随器消耗很少的电流

当电路具有非常高的输入阻抗时，从电路中汲取的电流非常少。根据欧姆定律，电流 I=V/R。因此，电阻越大，从电源汲取的电流就越少。

因此，当电流馈入高阻抗负载时，电路的功率不会受到影响。

看下面的两个电路图。

下面的电路是电源为低阻抗负载供电的电路。

电源为低阻抗负载供电的电路

在上面的这个电路中，负载需要并消耗大量电流，因为负载是低阻抗的。根据欧姆定律，电流 I=V/R。如果负载的电阻非常低，它会消耗大量电流。这导致从电源汲取大量电力，并因此导致高干扰和使用为负载供电的电源。

现在让我们看看下面的电路，连接到运算放大器电压跟随器：

电压跟随器

上面的这个电路现在从上面的电源中汲取的电流非常少。因为运算放大器具有如此高的阻抗，所以它消耗的电流非常少。而且由于没有反馈电阻的运算放大器提供相同的输出，因此电路输出的信号与馈入的信号相同。

这也是使用电压跟随器的原因之一，电压跟随器消耗的电流非常少，不会干扰原始电路，并提供与输出相同的电压信号。

电压跟随器充当隔离缓冲器，隔离电路，使电路的电源受到的干扰非常小。

2、电压跟随器在分压器电路中很重要

每个电路中的电压都可以与相关组件电路内的电阻阻抗共享。一旦连接了运算放大器，由于巨大的阻抗，主电压元件将落在它上面。因此，如果我们在分压器电路中使用电压跟随器，则允许在给定负载上施加足够的电压。

如果电压跟随器是放大器而不放大，那么它的用途是什么？

2.1 电压跟随器

电压跟随器（下图）有助于将电压电平从一个电路切换和维持到另一个电路。它保留电压源的信号。这就是为什么它有时被称为缓冲或分离放大器。

电压跟随器的增益为 1，因此输出电压（理论上）等于输入电压

2.2 电压跟随器

运算放大器具有非常高的输入阻抗，这意味着输入不会吸入大量电流（理想情况下，没有）。运算放大器的输出阻抗也非常低，在分压器中，这是有益的一种应用。阻抗负载 (Ro) 可能在分压器中变化很大（如下图所示）。由于欧姆定律 (V=IR)，如果 Ro 变化，它将影响 VOUT。

下图可以使用分压器电路从一个逻辑电平（例如 5V）切换到另一个逻辑电平。

分压器，但随着 Ro 的变化，VOUT 因欧姆定律而变化

如果上图中的 Ro 不同，那么如果你无法通过在分压器的 VOUT 和 Ro 之间添加一个高阻抗电压跟随器来分离分压器的 VOUT，则 VOUT 也会有类似的不同，

2.3 电压跟随器

如下图所示，负载阻抗 (Ro) 是隔离的通过向分压器电路添加电压跟随器，使 VOUT 取决于 R1 和 R2（见下图），而不是 Ro。

当分压器电路添加到电压跟随器（缓冲放大器）时，可以实现更清晰的转换（下图）。为了执行相同的缓冲转换，实现逻辑电平转换或转换的另一种方法是使用称为电平转换器的 IC。高运算放大器阻抗允许电压跟随器电路避免负载 (Ro) 影响输出电压。

使用电压跟随器（单位增益放大器）使 VOUT 保持稳定的分压器

电压跟随器或电压缓冲器提供了一种在不影响电流的情况下将电压源信号从一个阻抗电平移动到另一个阻抗电平的方法，无论是否使用分压器电路。

电压跟随器也用于其他电路以平衡阻抗。

2.4 分压中的电压跟随器

分压器安装在以下电路中的两个电阻和运算放大器的中间（如下图）。

10 K Ω -2 是电路中使用的电阻。100 MΩ 将是运算放大器给出的输入电阻。所以并联电阻可以与 10 K Ω|| 成正比 100 K Ω。因此可以将相等的并联电阻量化为:

= 10 X 100/ 10 + 100 => 大约 10 KΩ

在分压器电路中包含两个等效电阻，将提供电源内部电压的一半。使用下面给出的分压器公式，它可以由下式生成：

Vout = Vin X R2/R1+R2

10X10/10 + 10 = 5V

上述电压将在顶部的 10K 电阻以及底部的 10K 电阻和 100 负载电阻上的电压将降低。因此，我们知道要从负载中获得适当的电压，运算放大器充当缓冲器。

由于负载供电不足，下图电路除电压跟随器外无法正常工作。在大多数情况下，这可能出于两个原因而专门应用，例如隔离和缓冲电路的输出电压目的，以便针对附加负载实现优选电压。

分压器中的电压跟随器

3、电压跟随器稳定性

通常，这些用于生成与输入信号等效的输出信号。但是电路中可能会出现一个严重的问题，即稳定性.

负反馈放大器内的振荡可以连接到相移以将反馈从负变为正。

在大多数情况下，可以停止振荡以选择单位增益稳定的运算放大器。在内部，只要器件用于电压跟随器的配置，这些运算放大器就会得到补偿，以产生稳定运行的频率响应。

五、电压跟随器示例

这里一个齐纳二极管提供一个参考电压，例如 9 V。该参考电压电路提供的电流很小。电压跟随器输出相同的参考电压，但有足够的电流为电机供电。如果电机负载增加，电压跟随器会保持相同的输出电压，但允许更多电流流入电机，稳压电源就是这样工作的。

齐纳二极管需要有大约 5 或 10 mA 的击穿电流流过它。这可确保正确建立齐纳电压。

电机两端的二极管通过在电源突然关闭时允许电机电流缓慢消失来防止反电动势对电压跟随器造成损坏。

六、电压跟随器通俗易懂总结

1. 电压跟随器是一个单位增益、同相缓冲器，只需要一个运算放大器（和一个去耦电容）。
2. 电压跟随器具有高输入阻抗和低输出阻抗——这是它们缓冲作用的本质，它们增强信号，从而允许高阻抗源驱动低阻抗负载。
3. 电压跟随器配置中使用的运算放大器必须指定为“单位增益稳定”。
4. 通过将外部晶体管集成到电压跟随器配置中，可以创建高电流单位增益驱动器。
5. 电压增益 = 1，Vout / Vin = 1。
6. 输出电压 = 输入电压
7. 输入电阻等于运算放大器的输入电阻。（接近无穷大）
8. 输出电阻低（接近于零）。实际上，输出电阻取决于运算放大器，接近 200 Ω的值很常见，大功率模块具有低得多的输出电阻。

七、电压跟随器的优点

• 提供了功率和电流的增益
• 电路的输出阻抗较小，使用输出
• 该运算放大器使用来自 i/p 的零电流。
• 避免了加载效应。
• 不会增强或减弱输入信号的幅度
• 高频噪声无法滤除
• 具有较小的输出阻抗
• 具有高输入阻抗
• 单位传输增益