技术文章：运放的电压追随电路详解
运放的电压追随电路 ， 如图1所示 ， 利用虚短、虚断 ， 一眼看上去简单明了 ， 没有什么太多内容需要注意 ， 那你可能就大错特错了 。理解好运放的电压追随电路 ， 对于理解运放同相、反相、差分、以及各种各样的运放的电路 ， 都有很大的帮助 。
图1 运放电压追随电路
电压追随电路分析
如果我们连接运放的输出到它的反相输入端 ， 然后在同相输入端施加一个电压信号 ， 我们会发现运放的输出电压会很好的追随着输入电压 。
假设初始状态运放的输入、输出电压都为0V ， 然后当Vin从0V开始增加的时候 ， Vout也会增加 ， 而且是往正电压的方向增加 。这是因为假设Vin突然增大 ， Vout还没有响应依然是0V的时候 ， Ve=Vin-Vout是大于0的 ， 所以乘上运放的开环增益 ， Vout=Ve*A ， 使得运放的输出Vout开始往正电压的方向增加 。
当随着Vout增加的时候 ， 输出电压被反馈回到反相输入端 ， 然后会减小运放两个输入端之间的压差 ， 也就是Ve会减小 ， 在同样的开环增益的情况下 ， Vout自然会降低 。终的结果就是 ， 无论输入是多大的输入电压（当然是在运放的输入电压范围内） ， 运放始终会输出一个十分接近Vin的电压 ， 但是这个输出电压Vout是刚好低于Vin的 ， 以保证的运放两个输入端之间有足够的电压差Ve ， 来维持运放的输出 ， 也就是Vout=Ve*A 。
运放电路中的负反馈
这个电路很快就会达到一个稳定状态 ， 输出电压的幅值会很准确的维持运放两个输入端之间的压差 ， 这个压差Ve反过来会产生准确的运放输出电压的幅值 。将运放的输出与运放的反相输入端连接起来 ， 这样的方式被称为负反馈 ， 这是使系统达到自稳定的关键 。这不仅仅适用于运放 ， 同样适用于任何常见的动态系统 。这种稳定使得运放具备工作在线性模式的能力 ， 而不是仅仅处于饱和的状态 ， 全“开”或者全“关” ， 就像它被用于没有任何负反馈的比较器一样 。
由于运放的增益很高 ， 在运放反相输入端维持的电压几乎与Vin相等 。举例来说 ， 一个运放的开环增益为200 000 。如果Vin等于6V ， 这时输出电压会是5.999 970 000 149 999V 。这在运放的输入端产生了足够的电压差Ve=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV ， 这个电压会被放大然后在输出端产生幅值为5.999 970 000 149 999V的电压 ， 从而这个系统会稳定在这里 。正如你所见 ， 29.999 85uV是一个很小的电压 ， 因此对于实际计算来说 ， 我们可以认为由负反馈维持的运放两个输入端之间的压差Ve=0V ， 整个过程如图2所示 。这也就是我们熟悉的“虚短” ， 而由于运放的两个输入端之间的阻抗是很大的 ， 自然也就有了“虚断” 。下面的电路具有稳定的1倍的闭环增益 ， 输出电压会简单的追随输入电压 。
【技术文章：运放的电压追随电路详解】
图2 负反馈的作用
使用负反馈的一个很大的优势是 ， 我们不用去关心运放的实际电压增益 ， 只要它足够大就可以 。如果运放的电压增益不是200 0000而是250 000 ， 这会使得运放的输出电压会更接近Vin一些 ， 更小的输入端之间的电压差用来产生需要的输出电压 。在图2示意的电路中 ， 输出电压同样会等于运放反相输入端上的输入电压 。因此 ， 对于电路设计工程师来说 ， 为了实现放大电路的稳定的闭环增益 ， 运放的开环增益没有必要是一个的值 ， 负反馈会使得系统自我调整 。
使用负反馈会改善线性度、增益稳定、输出阻抗、增益的精度 ， 但使用负反馈同样也会带来一个严重的问题 ， 那就是降低系统的稳定性 ， 而对于单位增益的电压追随电路来说 ， 这是一种坏的情况 ， 尤其是在驱动容性负载的情况下 ， 感兴趣的同学可以自己去查阅相关的资料 。
关于运放电路 ， 很多时候我们都被灌输反相端追随同相端 ， 就像前面所说的那样 ， 难道就不能同相端追随反相端吗？
对于今天讲的电压追随电路来说 ， 只能是反相端追随同相端 。这里因为如果在反相端施加一个正的输入电压 ， 将输出连接到同相端 ， 同样假设输出为0 ， 那Ve会是一个负的电压 ， 乘以运放的开环增益 ， 那输出会是一个负的电压 ， 返回到运放的同相输入端 ， 会进一步得到一个更大的负电压差 。很快运放的输出就会达到饱和 ， 自然也就无法实现同相端追随反相端 。
但对于运放来说 ， 如果在反相端施加参考电压 ， 配合其它电子元器件 ， 如三极管、MOS等 ， 使得运放的整体环路形成负反馈 ， 同样也能使同相端追随反相端 ， 而这也自然打破了我们熟悉的运放的反相端追随同相端的规律 。
运放的电压追随电路 ， ”虚短”、“虚断”是表面 ， 而负反馈才是根 。基于这个根 ， 可以很好的帮助我们去理解千变万化的运放电路 。
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