Усилитель с единичным коэффициентом передачи: Что это такое?
Что такое повторитель напряжения?
Повторитель напряжения (также известный как буферный усилитель, усилитель с коэффициентом усиления по напряжению равным единице или изолирующий усилитель) — это операционный усилитель, выходное напряжение которого равно входному напряжению (он "следует" за входным напряжением). Таким образом, повторитель напряжения не усиливает входной сигнал и имеет коэффициент усиления по напряжению, равный 1.
Повторитель напряжения не обеспечивает ни ослабления, ни усиления — только буферизацию.
Схема повторителя напряжения имеет очень высокое входное сопротивление. Эта характеристика делает его популярным выбором во многих различных типах схем, требующих изоляции между входным и выходным сигналами.
Схема повторителя напряжения показана ниже.
Важным законом, лежащим в основе повторителя напряжения, является закон Ома.
Который гласит, что ток цепи равен ее напряжению, деленному на ее сопротивление.
Как уже упоминалось, повторители напряжения имеют очень высокое входное сопротивление (и, следовательно, высокое сопротивление).
Но прежде чем обсуждать цепи с высоким сопротивлением, будет полезно сначала понять, что происходит в цепи с низким сопротивлением.
Низкое входное сопротивление — и, следовательно, сопротивление в данном случае — приведет к тому, что "R" в формуле закона Ома будет малым.
При фиксированном напряжении (V) это означает, что нагрузка с низким сопротивлением (сопротивлением) будет потреблять большое количество тока.
Таким образом, цепь потребляет большое количество энергии от источника питания, что приводит к значительным возмущениям источника.
Теперь давайте рассмотрим, что произойдет, если подать ту же мощность на схему повторителя напряжения.
Схема повторителя напряжения показана ниже.
Обратите внимание, как выход подключен к инвертирующему входу.
Это соединение заставляет операционный усилитель регулировать свое выходное напряжение, чтобы оно было равно входному напряжению.
Выходное напряжение, таким образом, "следует" за входным напряжением.
Как уже упоминалось, повторитель напряжения — это тип операционного усилителя с очень высоким сопротивлением.
Более конкретно, входная сторона операционного усилителя имеет очень высокое сопротивление (от 1 МОм до 10 ТОм), в то время как выходная сторона нет.
Закон Ома все еще должен выполняться.
Если мы сохраним напряжение на входе и выходе одинаковым, и значительно снизим сопротивление... что произойдет с током?
Правильно: ток резко возрастет.
Повторитель напряжения сохраняет напряжение одинаковым — мы не говорили, что он также сохраняет ток!
Хотя коэффициент усиления по напряжению повторителя напряжения равен единице, он имеет очень высокий коэффициент усиления по току.
На входной стороне: очень высокое сопротивление, и очень низкий ток.
И на выходной стороне: очень низкое сопротивление, и очень высокий ток.
Напряжение остается тем же, но ток увеличивается (потому что сопротивление уменьшилось между входом и выходом).
Как уже упоминалось, входное сопротивление операционного усилителя очень высоко (от 1 МОм до 10 ТОм).
При таком высоком входном сопротивлении операционный усилитель не нагружает источник и потребляет минимальный ток от него.
Поскольку выходное сопротивление операционного усилителя очень низкое, он управляет нагрузкой, как идеальный источник напряжения.
Оба соединения к буферу и от него являются мостовыми соединениями.
Это приводит к снижению потребляемой мощности источника и меньшему искажению из-за перегрузки и других причин электромагнитных помех.
Коэффициент усиления повторителя напряжения
У повторителя напряжения коэффициент усиления по напряжению равен 1 (единице), потому что выходное напряжение следует за входным напряжением. Хотя коэффициент усиления по напряжению буферного усилителя примерно равен единице, он обеспечивает значительное усиление по току и мощности. Несмотря на это, обычно говорят, что он имеет коэффициент усиления 1, имея в виду коэффициент усиления по напряжению (эквивалентно 0 дБ).
