Повторитель напряжения — это вид усилителя, имеющего высокое входное сопротивление, низкое выходное сопротивление и коэффициент усиления равный единице. Повторители напряжения широко используются в электронных контрольно-измерительных устройствах.
Обратите внимание на основы электричества и на приборы электроники.
Принцип действия повторителя напряжения
Соединение цепи обратной связи и инвертирующего входа в операционном усилителе называют суммирующим соединением, поскольку напряжение на этом соединении представляет собой сумму входного напряжения и напряжения обратной связи. Операционные усилители устроены так, чтобы напряжение на суммирующем соединении было равно напряжению на неинвертирующем входе. О суммирующем соединении говорят, что оно стремится иметь напряжение, равное напряжению на неинвертирующем входе. Иными словами, напряжение на неинвертирующем входе служит «эталоном» или опорным напряжением для суммирующего соединения. Поскольку неинвертирующий вход служит «эталоном», для суммирующего соединения, неинвертирующий вход называют «опорным» соединением. Таким образом, можно также сказать, что напряжение на суммирующем соединении всегда стремится быть равным напряжению на опорном соединении. Эта взаимозависимость справедлива для всех операционных усилителей, и понимание ее является ключевым моментом для понимания работы операционных усилителей и определения выходных состояний схем.
В операционном усилителе, термины «вход» и «соединение» означают одно и то же, поскольку нет других точек на неинвертирующем входе, образующих соединения. Но в других схемах, где может быть подсоединена другая цепь, и перед входом образовано еще одно соединение, эти термины имеют разные значения; неинвертирующий вход представляет собой точку, где схема соединена с общей схемой на кристалле, а опорное соединение — это точка, где две схемы образуют общее соединение. Этот вопрос будет рассмотрен более подробно позже в настоящем учебном пособии.
Как пример работы схемы, предположим, что на инвертирующий вход подано 0 В, а на неинвертирующий вход подано +1 В. Напряжение на суммирующем соединении будет +1 В, поскольку напряжение на суммирующем соединении стремится быть равным напряжению на опорном соединении (неинвертирующем входе), то есть в данном случае +1 В.
Может возникнуть вопрос: откуда берется напряжение на суммирующем соединении? Ответ кроется в выходном напряжении и цепи отрицательной обратной связи. В данном типе схем цепь отрицательной обратной связи представляет собой короткозамкнутую цепь между суммирующем соединением и выходом. Поэтому любое напряжение, появляющееся на выходе, также появляется на суммирующем соединении, поскольку с точки зрения электрической цепи эти две точки равны.
Повторитель напряжения имеет характеристики, сходные с характеристиками эмиттерного повторителя, а именно коэффициент усиления единица, высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Такие характеристики делают повторитель напряжения отличным буферным устройством.
Буфер представляет собой особый вид схемы, служащей для электрической изоляции между собой двух разных схем. Буфер обладает очень высоким входным сопротивлением, так что он не требует особо много тока от источника сигнала. Его выходное сопротивление при этом очень низкое, что образует хороший источник сигналов. Тщательный контроль входных и выходных сопротивлений буферных схем (заложенной в их конструкции) позволяет буферу точно согласовывать выходное сопротивление одной схемы с входным сопротивлением другой.