一文彻底读懂电压跟随器电路

在电路设计中，我们经常能看到由运放构成的电压跟随器（OP系列、TL064、LM324…….）

很多小伙伴在分析或者设计这种电路时会有点懵，搞不清楚它的原理和注意事项，现在就和我来一步一步分析，通过8个问题一层层揭开它的神秘面纱……

一.什么叫电压跟随器

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。

二.电压跟随器特点

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。

三.电压跟随器的作用

概括地讲，电压跟随器起缓冲、隔离、提高带载能力的作用。

1. 电压隔离器输出电压近似输入电压幅度，并对前级电路呈高阻状态，对后级电路呈低阻状态，因而对前后级电路起到“隔离”作用。

2. 电压跟随器常用作中间级，以“隔离”前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。基本原理还是利用它的输入阻抗高和输出阻抗低之特点。

3. 电压跟随器的输入阻抗高、输出阻抗低特点，可以极端一点去理解，当输入阻抗很高时，就相当于对前级电路开路；当输出阻抗很低时，对后级电路就相当于一个恒压源，即输出电压不受后级电路阻抗影响。一个对前级电路相当于开路，输出电压又不受后级阻抗影响的电路当然具备隔离作用，即使前、后级电路之间互不影响。

4.为了阻抗匹配、提高带载能力。由于电压跟随器具有输入阻抗高，而输出阻抗低的特点，使得它在电路中可以完成阻抗匹配的功能，从而使下一级放大电路工作在更好的状态下。

LM324构建一个电压跟随器，正负电源供电，输出信号成线性下降，最后保持直流输出或者是电压跟随器输入输出电压不跟随，这是怎么回事呢？是因为在同相端加个电阻到地。

四.那么为什么会这样呢？

是因为电压跟随器输入端输入阻抗很高，同相输入端悬空的时候，它上面的电压是不确定的，所以输出也是不确定的。故而不要让同相输入端悬空，在同相输入端和地之间接一个电阻，这样当没有输入信号时，电阻可以让同相输入端保持0电位。电阻的大小，远小于同相输入端的输入阻抗，远大于信号源的输出阻抗（一般大于10兆欧）。当然也不能排除后级电路的影响哦。必要时要看一下阻抗匹配是否有问题；阻抗匹配（简单地说，阻抗就是电阻加电抗，所以才叫阻抗；理论说，阻抗就是电阻、电容抗及电感扛在向量上的和）是信号传输过程中负载阻抗和信源内阻抗之间的特定配合关系。一件器材的输出阻抗和所连接的负载阻抗之间所应满足的某种关系，以免接上负载后对器材本身的工作状态产生明显的影响。对电子器件互连来说。

例如：信号源连放大器，前级连后级，只要后一级的输入阻抗大于前一级的输出阻抗5-10倍以上，就可认为阻抗匹配良好；又比如：电吉他的信号输出属于高阻，接入录音设备或者音箱时，在音色处理电路之前加入电压跟随器，会使得阻抗匹配，音色更加完美。

电压跟随电路，输入电压范围是0~10v，经R1、R2分压后进入电压跟随器。但是输出端最低电压是0.35v左右；即便同相端直接接地，电压跟随器的输出也是0.35v，不能到0v，那么这是什么原因呢？

原来对于运放来说，如果想要输出跟随接近从0到Vcc，你必须要选rail to rail input/ rail to rail output （轨到轨输入/轨到轨输出）的运放。当然，更加有效的办法是使用正负电源供电的运放。

五.输入电压的纹波在正常范围内，但是经过电压跟随后，输出电压噪声很大，这是怎么回事？

举个例子如图所示，R25的作用是消反射的，运放的5、6角理论上是电压相同的，且输入阻抗是无穷大！那么输入信号的电流主要是通过R28流入地，也就是输入点的电压在WK-in点形成，理论上不会有电流流入R25，如果没有R25那么信号就会100%反射到WK-in上，如果信号源的内阻非常的大，也就是带载的能力很差，反射的信号就会在R28的输入点附近形成很强的发射震荡也就是“回音”这样的噪声经过放大就会使输出信号质量很差，R25和C12的接入可以把在5pin的反射信号有效地吸收，高频的反射信号通过C12泄放到地（AGND）R25把反射的信号阻隔在5pin的输入端。

六.采样来的信号能不能不接电压跟随器直接连到比例放大电路的运放再通到单片机？

看你输入信号的信号源性质，同时要看你放大电路的输入电阻。如果信号源输出电阻很小，而放大电路的输入电阻很大，那没问题。不过实际上，有时候采样器件出来的信号，输出电阻有时候会很大，而放大电路问题更多，比如反相比例放大电路，有时候输入电阻就很小。此时电压跟随器就很有必要了。否则信号会大量损失在输入端口，只有很少量信号能进入放大器，被有效放大，也就是常说的阻抗不匹配。如果你经验不太丰富，加跟随器比较保险和稳妥的做法。

七.电流信号采集运放放大 滤波 跟随到单片机的AD 我这个电压跟随器有必要加吗？

加一极跟随器除了可以增加输出负载能力，使输出稳定之外，还可以进一步隔离信号采集端和AD测量端，可以说是一个双向保护。一方面使得输入到AD芯片的信号更稳定，另一方面减少AD芯片高频率采样对信号源产生的干扰（AD采样的时候从I/O口对外的干扰）。

八.什么样的电路中用到电压跟随器呢？滤波电路与放大电路之间需要吗？

1、电压跟随器的输入阻抗很大，输出阻抗很小，在电路中其阻抗变换的作用。简单理解就是增强信号的驱动能力。

2、滤波电路如果是有源滤波器，输出阻抗很小（运放输出阻抗小），与放大电路之间不需要加跟随器。

3、如果是无源滤波器，输出阻抗较大，如果后面放大器是同相放大器，其输入阻抗很大，也无需跟随器。

4、如果是无源滤波器，输出阻抗较大，如果后面放大器是反相放大器，其输入阻抗较小，需要加跟随器，否则，会影响放大器的精度。