Spændingsfølger OP-forstærker: Hvad er det?
Hvad er en spændingsfølger?
En spændingsfølger (også kendt som en bufferforstærker, enhedsgain-forstærker eller isolationsforstærker) er en op-amp-kredsløb, hvis output spænding er lig med inputspændingen (den "følger" inputspændingen). Derfor forstærker en spændingsfølger op-amp ikke inputsignal og har en spændingsforstærkning på 1.
Spændingsfølgeren giver ingen dæmpning eller forstærkning - kun buffring.
En spændingsfølgerkreds har en meget høj indgangsimpedans. Dette gør den til en populær valgmulighed i mange forskellige typer kredsløb, der kræver isolation mellem input- og outputsignal.
Kredsløbet for spændingsfølger vises nedenfor.
Et vigtigt lov, der underbygger en spændingsfølger, er Ohms lov.
Denne love siger, at en kreds' strøm er lig med dens spænding divideret med dens modstand.
Som nævnt har spændingsfølgere en meget høj indgangsimpedans (og dermed høj modstand).
Men før vi diskuterer kredsløb med høj impedans, vil det være hjælpeligt først at forstå, hvad der sker i et kreds med lav impedans.
En lav indgangsimpedans - og dermed modstand i dette tilfælde - vil resultere i, at "R" i formlen for Ohms lov er lille.
Med en fast spænding (V) vil dette betyde, at en stor mængde strøm vil blive trukket af en lav-impedans (modstand) last.
Derfor tager kredsløbet en stor mængde effekt fra effektkilden, hvilket resulterer i høje kildestøjninger.
Lad os nu overveje at give samme effekt til en spændingsfølgerkreds.
En spændingsfølgerkreds vises nedenfor.
Bemærk, hvordan outputtet er forbundet til dens inverterende input.
Dette forbindelse tvinger op-amp til at justere sin outputspænding til at være lig med inputspændingen.
Outputspændingen følger derfor inputspændingen.
Som nævnt er en spændingsfølger en type op-amp med en meget høj impedans.
Mere specifikt har input-siden af op-amp en meget høj impedans (1 MΩ til 10 TΩ), mens outputtet ikke gør det.
Ohms lov skal stadig holde styr.
Så hvis vi holder spændingen den samme på input- og output-siden, og vi reducerer betydeligt modstanden... hvad vil der ske med strømmen?
Det er rigtigt: strømmen skyrøkker.
En spændingsfølger beholder spændingen den samme - vi sagde ikke, at den beholdte strømmen også!
Selvom en spændingsfølger har enhedsspændingsforstærkning (dvs. den er lig med 1), har den en meget høj strømforstærkning.
Så på input-siden: meget høj impedans, og meget lav strøm.
Og på output-siden: meget lav impedans, og meget høj strøm.
Spændingen forbliver den samme, men strømmen stiger (fordi impedansen faldt mellem input- og output-siden).
Som nævnt er inputimpedansen for op-amp meget høj (1 MΩ til 10 TΩ).
Med så høj en inputimpedans loader op-amp ikke ned kilden og trækker kun minimal strøm fra den.
Da outputimpedansen for op-amp er meget lav, driver den lasten, som om den var en perfekt spændingskilde.
Både forbindelserne til og fra bufferen er derfor broforbindelser.
Dette resulterer i reduceret effektforbrug i kilden, og mindre forvrængning fra overbelastning og andre årsager til elektromagnetisk støj.
Spændingsfølgerens forstærkning
En spændingsfølger har en spændingsforstærkning på 1 (enhed), fordi outputspændingen følger inputspændingen. Selvom spændingsforstærkningen for en spændingsbufferforstærker er omtrent enhed, giver den betydelig strøm- og effektforstærkning. Trods dette er det almindeligt at sige, at den har en forstærkning på 1 - refererer til spændingsforstærkningen (det ækvivalente 0 dB).
