Wzmacniacz operacyjny typu powielacz napięcia: Co to jest?

Co to jest wzmacniacz buforowy?

Wzmacniacz buforowy (znany również jako wzmacniacz jednostkowy lub izolacyjny) to obwod op-amp, którego wyjście napięcie jest równe napięciu wejściowemu („podąża” za napięciem wejściowym). Dlatego wzmacniacz buforowy op-amp nie wzmocnia sygnału wejściowego i ma wzmocnienie napięcia równe 1.

Wzmacniacz buforowy nie powoduje ani tłumienia, ani wzmocnienia - tylko buforowanie.

Obwód wzmacniacza buforowego ma bardzo wysoką impedancję wejściową. Ta cecha sprawia, że jest popularnym wyborem w wielu różnych typach obwodów, które wymagają izolacji między sygnałem wejściowym a wyjściowym.

Poniżej przedstawiono schemat obwodu wzmacniacza buforowego.

Ważną zasadą podpinającą wzmacniacz buforowy jest prawo Ohma.

Według tego prawa prąd w obwodzie jest równy jego napięciu podzielonemu przez jego opór.
Jak wspomniano, wzmacniacze buforowe mają bardzo wysoką impedancję wejściową (i dlatego wysoki opór).

Ale zanim omówimy obwody o wysokiej impedancji, będzie pomocne zrozumieć, co dzieje się w obwodzie o niskiej impedancji.

Niska impedancja wejściowa - i tym samym opór - spowoduje, że „R” w formule prawa Ohma będzie mały.

Przy stałym napięciu (V) oznacza to, że duża ilość prądu będzie pobierana przez obciążenie o niskiej impedancji (opór).

Dlatego obwód pobiera dużą ilość mocy ze źródła, powodując duże zakłócenia źródłowe.

Teraz rozważmy podanie tej samej mocy do obwodu wzmacniacza buforowego.

Schemat obwodu wzmacniacza buforowego pokazano poniżej.

Zauważ, jak wyjście jest połączone z wejściem odwracającym.

To połączenie zmusza op-amp do dostosowania swojego napięcia wyjściowego do napięcia wejściowego.

Napięcie wyjściowe „podąża” za napięciem wejściowym.

Jak wspomniano, wzmacniacz buforowy to typ op-ampa o bardzo wysokiej impedancji.

Bardziej konkretnie, strona wejściowa op-ampa ma bardzo wysoką impedancję (1 MΩ do 10 TΩ), podczas gdy strona wyjściowa nie ma.

Prawo Ohma nadal musi być prawdziwe.

Więc jeśli utrzymujemy napięcie takie samo na stronie wejściowej i wyjściowej, a znacznie obniżamy opór... co stanie się z prądem?

Tak, prąd gwałtownie wzrośnie.

Wzmacniacz buforowy utrzymuje napięcie takie samo - nie mówiliśmy, że utrzymuje też taki sam prąd!

Mimo że wzmacniacz buforowy ma jednostkowe wzmocnienie napięcia (czyli wynosi jeden), ma on bardzo wysokie wzmocnienie prądu.

Więc po stronie wejściowej: bardzo wysoka impedancja i bardzo niski prąd.

A po stronie wyjściowej: bardzo niska impedancja i bardzo wysoki prąd.

Napięcie pozostaje takie samo, ale prąd wzrasta (ponieważ impedancja spadła między stroną wejściową a wyjściową).

Jak wspomniano: impedancja wejściowa op-ampa jest bardzo wysoka (1 MΩ do 10 TΩ).

Z tak wysoką impedancją wejściową, op-amp nie obciąża źródła i pobiera z niego tylko minimalny prąd.

Ponieważ impedancja wyjściowa op-ampa jest bardzo niska, napędza obciążenie, jakby była idealnym źródłem napięcia.

Oba połączenia do i od bufora są więc połączeniami mostkowymi.

To prowadzi do zmniejszenia zużycia mocy w źródle i mniejszego zniekształcenia spowodowanego przeciążeniem i innymi przyczynami interferencji elektromagnetycznej.

Wzmocnienie wzmacniacza buforowego

Wzmacniacz buforowy ma wzmocnienie napięcia równe 1 (jednostkowe), ponieważ napięcie wyjściowe podąża za napięciem wejściowym. Chociaż wzmocnienie napięcia wzmacniacza buforowego jest przybliżone do jedności, zapewnia on znaczne wzmocnienie prądu i mocy. Mimo to często mówi się, że ma wzmocnienie równe 1 - odnosząc się do wzmocnienia napięcia (równoważne 0 dB).

Wzmacniacz