用运放构成电压跟随器应注意的几个问题

1、题外话： 用运放构成电压跟随器的电路， 传统教科书仅是简单的把输出和反相输入端连接起来完 事儿(如图一)，而实际电路要复杂的多，稳定性问题不可忽视！本文是在一家日本IC 厂家网站上找到的，希望对实际应用有一点帮助。(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。电压跟随器的显着特点就是，输入阻抗高， 而输出阻抗低， 一般来说， 输入阻抗要达到几兆欧姆 是很容易做到的。输出阻抗低，通常可以到几欧姆，甚至更低。在电路中，电压跟随器一般做缓冲级及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高， 通常 在几千欧到几十千欧， 如果后级的输入阻抗

2、比较小， 那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输 出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器来从中进行缓冲。起到承上启下的作用。 应用电压跟 随器的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样， 输入电容的容量可以大幅度减小， 为应用高 品质的电容提供了前提保证。电压跟随器的另外一个作用就是隔离，在HI-FI 电路中，关于负反馈的争议已经很久了，其实，如果真的没有负反馈的作用， 相信绝大多数的放大电路是不能很好的工作的。 但是由于引入了大 环路负反馈电路，扬声器的反电动势就会通过反馈电路，与输入信号叠加。造成音质模糊， 清晰 度下降， 所以， 有一部分功放的末级采用了无大环路负反馈的电路， 试图通过断开

3、负反馈回路来 消除大环路负反馈的带来的弊端。 但是， 由于放大器的末级的工作电流变化很大， 其失真度很难 保证。图一Q. 用电压跟随器使运算放大器保持稳定，须注意哪些问题A：对于采用负反馈的放大电路，如何减少振荡以保持稳定，目前尚无定论。电 压跟随器也不例外。（ Fig1.）运算放大器理想的运行状态是输出电压和输入电压为同相， 即，当负输入端的印 加电压引起输出增大时， 运算放大器能够相应地使增加的电压降低。 不过， 运算 放大器的输入端和输出端的相位总有差异。当输出和输出之间的相位相差180时，负输入与正输入正好相同，原本应该减少的输出却得到了增强。 （成为正反 溃的状态。）如果在特定频段陷

4、入这一状态，并且仍然保持原有振幅，那么该输 出频率和振荡状态将一直持续下去。FIg1. 电压跟随器和反馈环路2. 输入输出端出现相位差的主要原因 其原因大致可分为两种 : 1，由于运算放大器固有的特性 2，由于运算放大器以外的反馈环路的特性. 运算放大器的特性Fig2a 及 Fig2b 分别代表性地反映了 运算放大器的电压增益 频率特性和 相位频率特性。数据手册中也有这 两张曲线图。 如图所示，运算放大器的电压增益和 相位随频率变化。运算放大器的增益 与反馈后的增益（使用电压跟随器时 为 0dB）之差，即为反馈环路绕行一 周的增益（反馈增益）。如果反馈增 益不足 1 倍（ 0dB），那么，即使

5、相 位变化 180o，回到正反馈状态， 负增 益也将在电路中逐渐衰减，理论上不 会引起震荡。 反而言之，当相位变化 180o 后，如 频率对应的环路增益为 1 倍，则将维 持原有振幅；如频率对应的环路增益 为大于 1 倍时，振幅将逐渐发散。在 多数情况下，在振幅发散过程中，受 最大输出电压等非线性要素的影响，振幅受到限制，将维持震荡状态。 为此，当环路增益为 0dB 时的频率所 对应的相位与 180o 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。( Fig2b.) 如没有特别说明，单个放大器作为电 压跟随器时，要保持足够相位裕度 的。注： 数据手册注明建议使用 6B以上的

6、增益的放大器，不可用作电 压跟随器。. 运算放大器周边电路对反馈环 路的影响在实际应用中，构成电压跟随器 并非象 Fig1.那样简单地将输入端 和输出端直接连接在一起。至少 输出端是与某个负载连接在一起 的。因此，必须考虑到该负载对 放大器的影响。例如，如 Fig3.所示，输出端和接 地之间接电容时，这一容量与运 算放大器的输出电阻构成的常数 造成相位滞后。(Fig2b.所示之状态可能变化为 Fig2c所示之状态)这时，环路增 益在输出电阻和 C 的作用下降低。 同时，相位和增益之间不再有比 例关系，相位滞后成为决定性因 素，使反馈环路失去稳定，最糟 糕时可能导致震荡。单纯地在输 出端和接地之间连接电容，构成 电压跟随器时，每种运算放大器 之间的稳定性存在差异。Fig4.为输入端需要保护电阻的运 算放大器可能发生的问题。 为解决 Fig3.出现的问题，可采用 Fig5.(a)、(b)所示之方法。 (a)图中 插入 R，消除因 CL而产生的反馈 环路相位滞后。(在高频区， R 作为运算放大器的负荷取代了 CL