实用文库汇编之用运放构成电压跟随器应注意的几个问题

使用运算放大器应注意的几个问题1、选用元件集成运算放大器按其技术指标可分为通用型、高速型、高阻型、低功耗性、大功率型、高精度型等；按其内部电路可分为双极型(由晶体管组成)和单极型(由场效晶体管组成)；按每一集成片中运算放大器的数目可分为单运放、双运放和四运放。

通常根据实际要求来选用运算放大器。

如测量放大器的输入信号微弱，它的第一级应选用高输入电阻、高共模抑制比、高开环电压放大倍数、低失调电压及低温度漂移的运算放大器。

选好后，根据管脚图和符号图连接外部电路，包括电源、外接偏置电阻、消振电路及调零电路等。

2、消振由于运算放大器内部晶体管的极间电容和其他寄生参数的影响，很容易产生自激振荡，破坏正常工作。

为此，在使用时要注意消振。

通常是外接RC消振电路或消振电容，用它来破坏产生自激振荡的条件。

是否已消振，可将输入端接“地”，用示波器观察输出端有无自激振荡。

目前由于集成工艺水平的提高，运算放大器的内部已有消振元件，毋需外部消振。

3、调零由于运算放大器内部参数不可能完全对称，以至于当输入信号为零时，仍有输出信号。

为此，在使用时要外接调零电路。

如图所示的F007运算放大器，它的调零电路由-15V，1kΩ和调零电位器组成。

先消振，再调零，调零时应将电路接成闭环。

一种是无输入时调零，即将两输入端接“地”，调节调零电位器，使输出电压为零。

另一种是在有输入时调零，即按已知输入信号电压计算输出电压，而后将实际值调整到计算值。

4、保护（1）输入端保护当输入端所加的差模和共模电压过高时会损坏输入级的晶体管。

为此，在输入端接入反向并联的二极管，如图1所示，将输入电压限制在二极管的正向电压降以下。

（2）输出端保护为了防止输出端电压过大，可利用稳压管来保护，如图2所示，将两个稳压管反向串联，将输出电压限制在()的范围内。

是稳压管的稳定电压，是它的正向电压降。

图1输入端保护图2 输出端保护（3）电源保护为了防止正、负电源反接，可用二极管来保护，如图3所示。

及使用时的注意事项集成运算放大器是可以进行运算的直流放大器，但开发它的主要目的是左右的交流信号也能处理。

与用为了进行模拟计算。

如果放大倍数为1，连1MHZ分立元件构成的电路相比，它具有稳定性好、电路计算容易、成本低等很多优点，因而被广泛应用于许多领域。

那么，这种集成运算放大器究竟是怎样构成的呢？本章不打算从深层次角度去解答这一问题，而是从知道后会觉得方便些的想法来探讨它的内部构造。

在用运算放大器组装电路时，经常会碰到一些麻烦，这时，希望大家能参考本章介绍的关于运算放大器各个方面的注意事项。

7.1 运算放大器的内部构造7.1.1 集成运算放大器的演变历史集成运算放大器是线性集成电路中最通用的一种。

线性集成电路的使用范围很广，但要标准化比较困难。

而集成运算放大器与整个线性集成电路相比，在使用范围上相对较窄，因而标准化比较容易。

按照标准化要求，集成运算放大器中有相当大的一部分产品都是非原创品，甚至可以说使用的都是这些非原创品。

集成运算放大器的第一个实用产品μA702的内部电路如图7.1所示。

这种集成运算放大器不使用pnp晶体管制作。

该集成运放具有共模输入电压低、输出振幅小、容易振荡等缺点。

后来发表了改进这些缺点的μA709产品。

μA709的内部电路如图7.2所示。

μA709用得很广泛，至今仍在使用。

但是，μA709有如表7.1所示的许多问题。

μA709推出大约3年后，发表了解决这些问题的运算放大器μA741。

这个产品能进行输出短路保护，消除了锁死现象，可以在内部进行相位补偿，失调补偿可以简单地通过在外部连接可变电阻来进行没有输出短路保护电路需要外接3个元件进行相位补偿,转换速率小，仅为0.25V/μs,共模输入电压小，仅为±10V,没有用于失调补偿的端子,差动输入电压小，仅为±5V,常常发生锁死现象.就在同一时期，国家半导体公司发表了LM301产品。

这个产品差不多与μA741具有相同的特性，但相位补偿需要在外面连接一个电容器，通过改变这个电容器的值来改变带宽，也可以通过前馈相位补偿的方法来扩展带宽，因此有比μA741容易使用的地方。

运算放大器电路的基本注意事项
1.在所有运算放大器电路中，只有当运算放大器处于有效区，即输人和输出没有在其中一个电源下饱和，才服从黄金规则I和Ⅱ(见4.1.3节)。

例如，过度驱动其中一个放大器将使输出箝位在Vo或V附近。

箝位期间，输入不再保持为相同的电压。

运算放大器输出不能在大于电源电压处波动(尽管某些运算放大器设计成可以在一个或另一个电源周围波动，但一般只能在2V以内波动)。

同样，运算放大器电流源的输出跟随有同样的限制。

例如，带未接地负载的电流源能在“正常”方向(电流与电源电压的方向一致)提供最大的Vcc-V通过负载，在反方向为V-VFF(负载可能很奇怪，比如包含电池，需要反向电压来提供前向电流;当感性负载被改变的电流驱动时，也会发生同样的事情)。

2.必须设计成负反馈。

这意味着(包括在其他情况下)一定不能将反相、同相输人端混淆。

3.在运算放大器电路中必须一直有直流反馈，否则运算放大器必定进入饱和状态。

例如，我们可以在同相放大器中从反馈网络到地之间接一个电容(降低直流增益)，但不能类似地在输出和反相输入端之间串联一个电容。

4.许多运算放大器的最大差分输入电压受到比较小的限制。

同相输入端和反相输人端之间的最大电压差限制到+5V这么小。

破坏这个规则将导致较大的输入电流溢出，降低或损害运算放大器的性能。

[转载]使用运放构成电压跟随器的稳定性问题[转载]使用运放构成电压跟随器的稳定性问题题外话：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2.1.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6ｄb以上的增益」的放大器，不可用作电压跟随器。

巧用LM324运放搭建电压跟随器LM324四运算放大器要怎么样搭建电压跟随器呢?下面我们用简单的几个范例与电压跟随器电路图与大家讲解下。

示例一：首先是把LM324两个输入端短接，输出有1个mv左右。

但是这个电路有个问题，就是电压跟随器的跟随电压与输入电压之间有着少量的误差值，大概是输出比输入大400mv这样子。

还有5V供电的，当输出端输出值达到3.9v就不能输入端再提升电压输出端也不会再升高了。

示例二：我们先用LM324电压跟随器做一个简略的草图，图片如下所示：上面这个线路图，其实就说明了im324电压跟随器在设计的电路需要非常专业的电子知识才能完成，本文中下面介绍的可以看到当信号在10K以内(-3DB)，特性还算可以，10k以后，运放特性急剧下降。

导致波形失真。

另外，这个运放的摆率是0.3V/us。

当输入信号VPP是10MS是输出放大1000倍，其峰值是5V。

由SR=2f*v。

可得f在10K左右。

再一次说明了上述出现的问题，说明了如果电压的板子测试BG，则这个是不通过的如图：这lm324电压跟随器的电压图有个特点内部频率补偿直流电压增益高(约100dB) 电源电压范围宽：单电源(332V) 双电源(1.516V) OPA637，至于参数什么的就不说了，看价格就知道差距了，做的放大电路感觉很简单，做出来效果也很不错。

但今天用了不到1块钱的片子做就感觉问题多。

后来我请教了一个做lm324电压跟随器的朋友，他告诉我应该先把电源安装上电调试，如果是信号又变形了，到50K的时候几乎成斜三角。

那么就应该加大电阻电容的量，这样才能完全形成一个正在的电压跟随器。

至于LM324电压跟随器要怎么做，选择那一套方案比较行之有效，问题解决方法比较简单易行，就看你的选择了。

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。

电压跟随器的显著特点就是，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。

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岀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，就是输岀电压与输入电压是相同的，就是说, 数恒小于且接近1。

电压跟随器的显著特点就是，输入阻抗高， 而输岀阻抗低，一般来说，输入阻抗要达到几兆欧姆是很容易做到的。

输岀阻抗低，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，电压放大器的输岀阻抗一般比较高， 通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输岀电阻中。

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。

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，在如果真的没有负反馈的作用， 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, 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， 消除大环路负反馈的带来的弊端。

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 压跟随器电压跟随器的电压放大倍 应用电压跟 HI-FI 电路中，关于负反馈的争议已经很久了，其实， 相信绝大多数的放大电路是不能很好的工作的。

但是由于引入了大试图通过断开负反馈回路来 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Vout也不例外。

（Figi.）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。

运算放大器时需要注意的几个重要问题以下是我们在使用运算放大器时需要注意的几个重要问题。

1）首先应该好好理解运放的最简模型：从运放的原理来说，我们可以将运放看成是一个压控电压源，其中，运放的输出由受控电压源提供，而受控电压源的控制电压就是输入端的差分电压，如下图所示：2）运放输出端的电流约束仍然遵循Kirchhoff电流定律这里不能认为流过反馈电阻Rf的电流和流过负载电阻RL的电流是相等的，因为电流i是“有机会”流入运放的输出端的，这是由芯片内部的构造决定的，尤其是高精度应用时应该好好提防这一点。

3）使用运放时需要注意由电阻自身杂散电容而产生的影响这个反向比例运算电路的增益函数如下：这里，C1会使得频率特性出现尖峰脉冲，而C2会使得高频领域的增益下降，从而导致频率特性恶化！对于一般的低频应用而言，这个因素是可以“视而不见”的，但是如果需要低噪声环境的话，就需要尽量减小Ri和Rf的阻值，因为这样可以减小杂散电容的影响，或者干脆使用高精度的电阻也行，如果开发成本允许的话。

4）对于反馈系数的量化问题不应该含糊：从这两个图可以看出，虽然他们的增益绝对值是一样的，都是1，说白了这两个电路都可以看作是一个电压跟随器。

显然图（b）的负反馈系数要大，性能应该会更好，但是它防止振荡的能力却不如图（a）的电路，因为它对于信号的变化过于“敏感”。

所以在实际设计电路时，对于反馈系数的量化问题是不能含糊的，它很大程度地决定了系统的“稳”、“快”、“准”这三个方面。

最终的电路设计应该是这三个方面的折中，以此达到传说中的性能最优化。

5）单电源供电时需注意输出电压摆幅的问题：如上图所示，由于是单电源供电，那么运放的两个输入端必须加有直流偏压，而且为了使电路的输出电压的动态范围最大化，一般要求VP=VN=VCC/2。

此外，这里运放的输入、输出端的直流电位不为零，So，需要采用电容（C1、C2）来耦合信号。

6）得注意运放的输入寄生电容：由于运放的内部结构因素，导致运放具有数pF~数十pF的输入寄生电容，这自然使得运放的稳定性变差了，输入寄生电容会和输入电阻一起形成一个容易被人忽略的LPF，倘若输入信号的频率超过一定值，则就会丢失信息。

电压跟随器的问答汇总Q：电压跟随器的作用？A：电压跟随器提高输入阻抗，降低输出阻抗。

Q：LM2902运放电压跟随器问题请教：输入端是悬空的，而且有10M的电阻作为下拉电阻，输出串联一个10k的电阻，在电阻后边还添加了10uF的电容滤波。

在无任何输入的条件下，输入输出的电压相同，都有0.13V左右。

在没有接入信号时，就有了一定的电压输出，请问怎么消除运放的浮空电压呢？A：我判断你可能是把双电源运放作单电源运放使用了，因为运放的输入失调电压不会有0.13V那么大。

双电源运放通常不是满幅度输出运放，在单电源下工作其输出是不可能到零的，这不是靠调零或下拉电阻之类的办法能够解决的。

看来确实是由于你在单电源条件下使用了不是满幅度输出的双电源运放，建议你改用TLC2274（或TLC2264），这两款运放和LM2902的管脚兼容，在单电源下最大工作电源电压为16V，是满电源幅度输出运放，在轻负载下，它的高、低电平输出电压极其接近工作电源的幅值。

下图是参数表部分（测试条件为﹢5V电源下）——Q：我用的是OPA4132UA运算放大器在前端做了个电压跟随器，在同相端接个电阻接到输入，输出接到反相端，可是在没有输入的情况下（输入端悬空），输出竟然为-14V（OPA4132是用的双电源±15V供电的），测量运放的同相端输入为0，但反相端竟然为-14V，这显然不符合“虚短”。

但是一旦有输入就是正确的，这是什么原因？运放后面连的是一个ADC，当输入运放的同相输入端悬空时，运放的输出端输出的电压高出了ADC允许输入的最大电压，这样当运放同相端没有输入的时候很有可能就会烧坏ADC芯片，这个问题应该怎么解决，有没有方法当同相端输入悬空的时候，运放的输出近似为0？？？A：因为这种运放输入阻抗很高，同相输入端悬空的时候，它上面的电压是不确定的，所以输出有可能不为0，具体输出多少，具体每个运放可能都不一样。

你要检查它是否正常，只需要把同相输入端接地，如果输出对地电压不是太高，就没什么问题。

电压跟随器的设计技巧在电路设计中，电压跟随器是一种用于跟随输入电压变化的电路。

它通常用于驱动高阻抗负载或者需要输入和输出电压一致的场合。

在实际应用中，设计一个稳定可靠的电压跟随器需要考虑一些重要的技巧。

首先，一个基本的电压跟随器的设计包括一个差分放大器和一个输出级别移位电路。

差分放大器通常由两个普通的放大器组成，一个接收输入电压，另一个接收反馈的输出电压。

通过调节放大器的增益和偏置电压，可以实现输入电压和输出电压之间的高度对应关系。

而级别移位电路则用于将差分放大器的输出电压移位，以匹配需要的输出电压范围。

在设计电压跟随器时，需要考虑的第一个技巧是选择合适的放大器。

差分放大器的性能对电压跟随器的稳定性和精确度有着重要的影响。

因此，需要选择具有高共模抑制比和低漂移的运算放大器。

这可以保证差分放大器具有良好的抑制共模噪声的能力，并且在长时间使用中能够保持输出的稳定性。

其次，对于级别移位电路的设计也需要特别注意。

级别移位电路一般采用电阻分压或者运算放大器来实现。

在选择电阻数值或者调节运算放大器的增益时，需要考虑输入电压和输出电压的范围，以及系统的输入阻抗和负载要求。

此外，级别移位电路的线性度和漂移也需要得到足够的考虑，以保证输出电压与输入电压的准确对应关系。

另外，为了提高电压跟随器的响应速度和稳定性，还需要注意电源稳定性和输出负载的影响。

电源的稳定性对于差分放大器和级别移位电路都有着重要的影响，需要选择低噪声、低漂移的电源以保证系统的稳定性。

同时，输出负载对于电压跟随器的响应速度和稳定性也有重要影响，需要选择合适的输出级驱动电路以提高系统的带载能力。

此外，为了实现更高的精度和稳定性，还可以考虑采用外部校准电路或者数字校准技术。

通过外部校准电路可以实时监测差分放大器和级别移位电路的输出，并在需要时进行手动或自动的校准，以提高系统的精度和稳定性。

而数字校准技术则可以通过微处理器或FPGA实时监测并校准系统的输出，从而实现更高的精度和稳定性。