精密电压跟随器：掌握运放反馈实现精准信号跟踪

元件与材料

电路课程，第3卷，第8章："运算放大器"

在早期实验中，我们将运放用于开环配置，这提供了其最大电压增益。虽然这对比较器应用有用，但对于任何非零差分输入，输出都会迅速饱和。要将运放用作具有可预测增益的真正放大器，我们引入负反馈。

通过将输出直接连接到反相（-）输入，运放自动调整其输出，使反相输入电压与同相（+）输入电压匹配。有了这种直接反馈，电路表现为电压跟随器——一个单位增益缓冲器，能以微伏级精度在输出端复现输入电压。

测量同相输入电压（+输入与地之间）和输出电压（输出端子与地之间）。旋转电位器时，观察输出紧密跟踪输入。

为更直接地评估，将电压表跨接在两个输入端子上。在电位器的大部分范围内，误差电压可忽略不计。

当电位器设置在极端位置时，您可能会注意到可测量的误差，特别是使用1458或353型号时。这些运放无法将输出摆动到电源轨（+18V和0V）。通常它们会落后约1-2V，这是设计师必须考虑的常见限制。如果需要轨到轨性能，可考虑使用3130等运放。

当信号源具有高阻抗且无法承受负载时，电压跟随器极其宝贵。虽然电压增益为单位，但跟随器的低输出阻抗允许信号驱动较重负载而不失真。

它们也可作为实用诊断工具。如果复杂电路中的运放疑似故障，将其重新接线为简单的电压跟随器。健康的运放将准确复现输入电压；无法做到则表明器件损坏。

带SPICE节点编号的原理图：

网表（复制以下内容到名为voltage_follower.cir的文本文件）：

Voltage follower
vinput 1 0
rbogus 1 0 1meg
e1 2 0 1 2 999meg
rload 2 0 10k
.dc vinput 5 5 1
.print dc v(1,0) v(2,0) v(1,2)
.end

在此模型中，运放由一个开环增益为999MΩ的受控电压源（e1）表示。大值rbogus电阻（1MΩ）和负载电阻（rload）为SPICE收敛提供必要的直流路径。