Spanningsvolger OP-versterker: Wat is het?
Wat is een spanningsvolger?
Een spanningsvolger (ook bekend als bufferversterker, eenheidsversterker of isolatieversterker) is een operatieversterker-schakeling waarvan de uitgangsspanning gelijk is aan de ingangsspanning (het "volgt" de ingangsspanning). Daarom versterkt een spanningsvolger de ingangssignaal niet en heeft een spanningsversterking van 1.
De spanningsvolger biedt geen demping of versterking - alleen buffering.
Een spanningsvolgerschakeling heeft een zeer hoge ingangsweerstand. Deze eigenschap maakt het een populaire keuze in veel verschillende soorten schakelingen die isolatie tussen het ingangssignaal en het uitgangssignaal vereisen.
De schakeling van de spanningsvolger wordt hieronder getoond.
Een belangwet die ten grondslag ligt aan een spanningsvolger is Ohm's wet.
Dit stelt dat de stroom in een schakeling gelijk is aan de spanning gedeeld door de weerstand.
Voordat we schakelingen met hoge impedantie bespreken, is het nuttig om eerst te begrijpen wat er gebeurt in een schakeling met lage impedantie.
Een lage ingangsweerstand - en dus weerstand in dit geval - zal resulteren in de "R" in de formule voor Ohm's wet klein te zijn.
Met een vaste spanning (V) betekent dit dat een groot bedrag aan stroom zal worden opgenomen door een laag-impedantie (weerstand) belasting.
Daarom neemt de schakeling een groot bedrag aan vermogen op van de energiebron, wat resulteert in hoge bronstoornissen.
Laten we nu overwegen dezelfde kracht te geven aan een spanningsvolgerschakeling.
Een spanningsvolgerschakeling is hieronder getoond.
Let op hoe de uitgang verbonden is met de inverterende ingang.
Deze verbinding dwingt de operatieversterker om zijn uitgangsspanning aan te passen om gelijk te zijn aan de ingangsspanning.
De uitgangsspanning volgt daarom de ingangsspanning.
Zoals al vermeld, is een spanningsvolger een type operatieversterker met een zeer hoge impedantie.
Specifieker gezegd heeft de ingangskant van de operatieversterker een zeer hoge impedantie (1 MΩ tot 10 TΩ), terwijl de uitgang dat niet heeft.
Ohm's wet moet nog steeds geldig blijven.
Dus als we de spanning hetzelfde houden aan de ingangskant en de uitgangskant, en we de weerstand aanzienlijk verlagen... wat gaat er gebeuren met de stroom?
Dat klopt: de stroom stijgt enorm.
Een spanningsvolger houdt de spanning hetzelfde - we hebben niet gezegd dat hij ook de stroom hetzelfde hield!
Hoewel een spanningsvolger een eenheidsspanningsversterking heeft (d.w.z. deze is gelijk aan één), heeft hij een zeer hoge stroomversterking.
Dus aan de ingangskant: zeer hoge impedantie, en zeer lage stroom.
En aan de uitgangskant: zeer lage impedantie, en zeer hoge stroom.
De spanning blijft hetzelfde, maar de stroom stijgt (omdat de impedantie afneemt tussen de ingangskant en de uitgangskant).
Zoals al vermeld, is de ingangsweerstand van de operatieversterker zeer hoog (1 MΩ tot 10 TΩ).
Met zo'n hoge ingangsweerstand laadt de operatieversterker de bron niet op en trekt slechts minimale stroom ervan.
Omdat de uitgangsweerstand van de operatieversterker zeer laag is, drijft deze de belasting alsof het een perfecte spanningbron was.
Zowel de verbindingen naar als van de buffer zijn daarom bruggenverbindingen.
Dit resulteert in minder energieverbruik in de bron, en minder vervorming door overbelasting en andere oorzaken van elektromagnetische interferentie.
Spanningsversterking van Spanningsvolger
Een spanningsvolger heeft een spanningsversterking van 1 (eenheid), omdat de uitgangsspanning de ingangsspanning volgt. Hoewel de spanningsversterking van een spanningsbufferversterker ongeveer gelijk is aan één, biedt het aanzienlijke stroom- en vermogensversterking. Ondanks dit is het gebruikelijk om te zeggen dat het een versterking van 1 heeft - verwijzend naar de spanningsversterking (equivalent aan 0 dB).
Spanningsvolger in Spanningsdeler Schakelingen
In elke schakeling wordt de spanning gedeeld of verdeeld over de impedantie of weerstand van de verbonden componenten. Wanneer een operatieversterker is verbonden, zal er een grote spanning overvallen door zijn hoge impedantie.
