【经验】一文教你如何理解运算放大器的电压跟随电路

时间： 2019-06-29 来源：世强

技术问答

运放的电压跟随电路是工程师最常用的一个电压控制电路，电路简图如图1所示，从表面上看，利用运放的虚短、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。

图1 运放的电压跟随电路

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。假设Vin突然增大，Vout还没有响应依然是0V的时候，输入输出电压差Ve是大于0的，所以乘上运放的开环增益，Vout=Ve*A，使得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Vout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。可以看出，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。

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，但引入负反馈后，电路的反电动势就会通过反馈电路与输入型号叠加，造成运放振荡而难以保持稳定，此时我们需要从输入输出的相位差着手分析，如果相位差相差180°，在特定频率陷入这一状态，并且保持原有振幅，那么该输出频率和振荡就一直持续下去，造成这种相位差的主要原因之一是由于运放放大器本身固有特性导致。

以圣邦微运放SGM8294为例来分析相位差问题，如图2所示，反映出SGM8294开环电压增益和相位与频率特性之间的关系。电压增益和反馈后增益（使用电压跟随为0dB）之差，即为反馈增益，如果反馈增益不足1倍（0dB）,那么及时相位变化180°，回到正反馈状态，负增益也将在电路中逐渐衰减，不会引起振荡。为此，当环路增益为0dB时的频率所对应的相位与180°之间的差是判断负反馈环路稳定性的重要因素，该参数称为相位裕度。一般情况下，运放作为电压跟随电路应用时，要保持足够的相位裕度。

图2 SGM8294开环电压增益、相位与频率特性曲线图

由以上可以看出，运放的电压跟随电路，虚短和虚断的理解是表面，而负反馈才是根，从根去理解电压跟随电路，选择足够的相位裕度的运放，是设计电压跟随电路的关键。世强电商平台代理圣邦微的运放产品，系列丰富，包含低功耗、超低功耗、高速率、高精度、低噪声等多系列运放产品，广泛应用于各个行业，年出货量超10亿片，可靠性高。有兴趣的朋友可以在平台检索相关内容。