用運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器應(yīng)注意的幾個(gè)問題

1、題外話： 用運(yùn)放構(gòu)成電壓跟隨器的電路， 傳統(tǒng)教科書僅是簡單的把輸出和反相輸入端連接起來完 事兒(如圖一)，而實(shí)際電路要復(fù)雜的多，穩(wěn)定性問題不可忽視！本文是在一家日本IC 廠家網(wǎng)站上找到的，希望對(duì)實(shí)際應(yīng)用有一點(diǎn)幫助。(電壓跟隨器，顧名思義，就是輸出電壓與輸入電壓是相同的，就是說， 電壓跟隨器的電壓放大倍 數(shù)恒小于且接近 1。電壓跟隨器的顯著特點(diǎn)就是，輸入阻抗高， 而輸出阻抗低， 一般來說， 輸入阻抗要達(dá)到幾兆歐姆 是很容易做到的。輸出阻抗低，通?？梢缘綆讱W姆，甚至更低。在電路中，電壓跟隨器一般做緩沖級(jí)及隔離級(jí)。因?yàn)?，電壓放大器的輸出阻抗一般比較高， 通常 在幾千歐到幾十千歐， 如果后級(jí)的輸入阻抗

2、比較小， 那么信號(hào)就會(huì)有相當(dāng)?shù)牟糠謸p耗在前級(jí)的輸 出電阻中。在這個(gè)時(shí)候，就需要電壓跟隨器來從中進(jìn)行緩沖。起到承上啟下的作用。 應(yīng)用電壓跟 隨器的另外一個(gè)好處就是，提高了輸入阻抗，這樣， 輸入電容的容量可以大幅度減小， 為應(yīng)用高 品質(zhì)的電容提供了前提保證。電壓跟隨器的另外一個(gè)作用就是隔離，在HI-FI 電路中，關(guān)于負(fù)反饋的爭議已經(jīng)很久了，其實(shí)，如果真的沒有負(fù)反饋的作用， 相信絕大多數(shù)的放大電路是不能很好的工作的。 但是由于引入了大 環(huán)路負(fù)反饋電路，揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢(shì)就會(huì)通過反饋電路，與輸入信號(hào)疊加。造成音質(zhì)模糊， 清晰 度下降， 所以， 有一部分功放的末級(jí)采用了無大環(huán)路負(fù)反饋的電路， 試圖通過斷開

3、負(fù)反饋回路來 消除大環(huán)路負(fù)反饋的帶來的弊端。 但是， 由于放大器的末級(jí)的工作電流變化很大， 其失真度很難 保證。圖一Q. 用電壓跟隨器使運(yùn)算放大器保持穩(wěn)定，須注意哪些問題A：對(duì)于采用負(fù)反饋的放大電路，如何減少振蕩以保持穩(wěn)定，目前尚無定論。電 壓跟隨器也不例外。（ Fig1.）運(yùn)算放大器理想的運(yùn)行狀態(tài)是輸出電壓和輸入電壓為同相， 即，當(dāng)負(fù)輸入端的印 加電壓引起輸出增大時(shí)， 運(yùn)算放大器能夠相應(yīng)地使增加的電壓降低。 不過， 運(yùn)算 放大器的輸入端和輸出端的相位總有差異。當(dāng)輸出和輸出之間的相位相差180時(shí)，負(fù)輸入與正輸入正好相同，原本應(yīng)該減少的輸出卻得到了增強(qiáng)。 （成為正反 潰的狀態(tài)。）如果在特定頻段陷

4、入這一狀態(tài)，并且仍然保持原有振幅，那么該輸 出頻率和振蕩狀態(tài)將一直持續(xù)下去。FIg1. 電壓跟隨器和反饋環(huán)路2. 輸入輸出端出現(xiàn)相位差的主要原因 其原因大致可分為兩種 : 1，由于運(yùn)算放大器固有的特性 2，由于運(yùn)算放大器以外的反饋環(huán)路的特性. 運(yùn)算放大器的特性Fig2a 及 Fig2b 分別代表性地反映了 運(yùn)算放大器的電壓增益 頻率特性和 相位頻率特性。數(shù)據(jù)手冊(cè)中也有這 兩張曲線圖。 如圖所示，運(yùn)算放大器的電壓增益和 相位隨頻率變化。運(yùn)算放大器的增益 與反饋后的增益（使用電壓跟隨器時(shí) 為 0dB）之差，即為反饋環(huán)路繞行一 周的增益（反饋增益）。如果反饋增 益不足 1 倍（ 0dB），那么，即使

5、相 位變化 180o，回到正反饋狀態(tài)， 負(fù)增 益也將在電路中逐漸衰減，理論上不 會(huì)引起震蕩。 反而言之，當(dāng)相位變化 180o 后，如 頻率對(duì)應(yīng)的環(huán)路增益為 1 倍，則將維 持原有振幅；如頻率對(duì)應(yīng)的環(huán)路增益 為大于 1 倍時(shí)，振幅將逐漸發(fā)散。在 多數(shù)情況下，在振幅發(fā)散過程中，受 最大輸出電壓等非線性要素的影響，振幅受到限制，將維持震蕩狀態(tài)。 為此，當(dāng)環(huán)路增益為 0dB 時(shí)的頻率所 對(duì)應(yīng)的相位與 180o 之間的差是判斷 負(fù)反饋環(huán)路穩(wěn)定性的重要因素，該參 數(shù)稱為相位裕度。( Fig2b.) 如沒有特別說明，單個(gè)放大器作為電 壓跟隨器時(shí)，要保持足夠相位裕度 的。注： 數(shù)據(jù)手冊(cè)注明建議使用 6B以上的

6、增益的放大器，不可用作電 壓跟隨器。. 運(yùn)算放大器周邊電路對(duì)反饋環(huán) 路的影響在實(shí)際應(yīng)用中，構(gòu)成電壓跟隨器 并非象 Fig1.那樣簡單地將輸入端 和輸出端直接連接在一起。至少 輸出端是與某個(gè)負(fù)載連接在一起 的。因此，必須考慮到該負(fù)載對(duì) 放大器的影響。例如，如 Fig3.所示，輸出端和接 地之間接電容時(shí)，這一容量與運(yùn) 算放大器的輸出電阻構(gòu)成的常數(shù) 造成相位滯后。(Fig2b.所示之狀態(tài)可能變化為 Fig2c所示之狀態(tài))這時(shí)，環(huán)路增 益在輸出電阻和 C 的作用下降低。 同時(shí)，相位和增益之間不再有比 例關(guān)系，相位滯后成為決定性因 素，使反饋環(huán)路失去穩(wěn)定，最糟 糕時(shí)可能導(dǎo)致震蕩。單純地在輸 出端和接地之間連接電容，構(gòu)成 電壓跟隨器時(shí)，每種運(yùn)算放大器 之間的穩(wěn)定性存在差異。Fig4.為輸入端需要保護(hù)電阻的運(yùn) 算放大器可能發(fā)生的問題。 為解決 Fig3.出現(xiàn)的問題，可采用 Fig5.(a)、(b)所示之方法。 (a)圖中 插入 R，消除因 CL而產(chǎn)生的反饋 環(huán)路相位滯后。(在高頻區(qū)， R 作為運(yùn)算放大器的負(fù)荷取代了 CL