運放的電壓追隨電路，如圖1所示，利用虛短、虛斷，一眼看上去簡(jiǎn)單明了，沒(méi)有什么太多內容需要注意，那你可能就大錯特錯了。理解好運放的電壓追隨電路，對于理解運放同相、反相、差分、以及各種各樣的運放的電路，都有很大的幫助。
圖1 運放電壓追隨電路
電壓追隨電路分析
如果我們連接運放的輸出到它的反相輸入端，然后在同相輸入端施加一個(gè)電壓信號，我們會(huì )發(fā)現運放的輸出電壓會(huì )很好的追隨著(zhù)輸入電壓。
假設初始狀態(tài)運放的輸入、輸出電壓都為0V，然后當Vin從0V開(kāi)始增加的時(shí)候，Vout也會(huì )增加，而且是往正電壓的方向增加。這是因為假設Vin突然增大，Vout還沒(méi)有響應依然是0V的時(shí)候，Ve=Vin-Vout是大于0的，所以乘上運放的開(kāi)環(huán)增益，Vout=Ve*A，使得運放的輸出Vout開(kāi)始往正電壓的方向增加。
當隨著(zhù)Vout增加的時(shí)候，輸出電壓被反饋回到反相輸入端，然后會(huì )減小運放兩個(gè)輸入端之間的壓差，也就是Ve會(huì )減小，在同樣的開(kāi)環(huán)增益的情況下，Vout自然會(huì )降低。zui終的結果就是，無(wú)論輸入是多大的輸入電壓（當然是在運放的輸入電壓范圍內），運放始終會(huì )輸出一個(gè)十分接近Vin的電壓，但是這個(gè)輸出電壓Vout是剛好低于Vin的，以保證的運放兩個(gè)輸入端之間有足夠的電壓差Ve，來(lái)維持運放的輸出，也就是Vout=Ve*A。
運放電路中的負反饋
然后，這個(gè)電路很快就會(huì )達到一個(gè)穩定狀態(tài)，輸出電壓的幅值會(huì )很準確的維持運放兩個(gè)輸入端之間的壓差，這個(gè)壓差Ve反過(guò)來(lái)會(huì )產(chǎn)生準確的運放輸出電壓的幅值。將運放的輸出與運放的反相輸入端連接起來(lái)，這樣的方式被稱(chēng)為負反饋，這是使系統達到自穩定的關(guān)鍵。這不僅僅適用于運放，同樣適用于任何常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)系統。這種穩定使得運放具備工作在線(xiàn)性模式的能力，而不是僅僅處于飽和的狀態(tài)，全“開(kāi)”或者全“關(guān)”，就像它被用于沒(méi)有任何負反饋的比較器一樣。
由于運放的增益很高，在運放反相輸入端維持的電壓幾乎與Vin相等。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)運放的開(kāi)環(huán)增益為200 000。如果Vin等于6V，這時(shí)輸出電壓會(huì )是5.999 970 000 149 999V。這在運放的輸入端產(chǎn)生了足夠的電壓差Ve=6V-5.999 970 000 149 999V=29.999 85uV，這個(gè)電壓會(huì )被放大然后在輸出端產(chǎn)生幅值為5.999 970 000 149 999V的電壓，從而這個(gè)系統會(huì )穩定在這里。正如你所見(jiàn)，29.999 85uV是一個(gè)很小的電壓，因此對于實(shí)際計算來(lái)說(shuō)，我們可以認為由負反饋維持的運放兩個(gè)輸入端之間的壓差Ve=0V，整個(gè)過(guò)程如圖2所示。這也就是我們熟悉的“虛短”，而由于運放的兩個(gè)輸入端之間的阻抗是很大的，自然也就有了“虛斷”。下面的電路具有穩定的1倍的閉環(huán)增益，輸出電壓會(huì )簡(jiǎn)單的追隨輸入電壓。
圖2 負反饋的作用
使用負反饋的一個(gè)很大的優(yōu)勢是，我們不用去關(guān)心運放的實(shí)際電壓增益，只要它足夠大就可以。如果運放的電壓增益不是200 0000而是250 000，這會(huì )使得運放的輸出電壓會(huì )更接近Vin一些，更小的輸入端之間的電壓差用來(lái)產(chǎn)生需要的輸出電壓。在圖2示意的電路中，輸出電壓同樣會(huì )等于運放反相輸入端上的輸入電壓。因此，對于電路設計工程師來(lái)說(shuō)，為了實(shí)現放大電路的穩定的閉環(huán)增益，運放的開(kāi)環(huán)增益沒(méi)有必要是一個(gè)精 確的值，負反饋會(huì )使得系統自我調整。
使用負反饋會(huì )改善線(xiàn)性度、增益穩定、輸出阻抗、增益的精度，但使用負反饋同樣也會(huì )帶來(lái)一個(gè)嚴重的問(wèn)題，那就是降低系統的穩定性，而對于單位增益的電壓追隨電路來(lái)說(shuō)，這是一種zui壞的情況，尤其是在驅動(dòng)容性負載的情況下，感興趣的同學(xué)可以自己去查閱相關(guān)的資料。
關(guān)于運放電路，很多時(shí)候我們都被灌輸反相端追隨同相端，就像前面所說(shuō)的那樣，難道就不能同相端追隨反相端嗎？
對于今天講的電壓追隨電路來(lái)說(shuō)，只能是反相端追隨同相端。這里因為如果在反相端施加一個(gè)正的輸入電壓，將輸出連接到同相端，同樣假設輸出為0，那Ve會(huì )是一個(gè)負的電壓，乘以運放的開(kāi)環(huán)增益，那輸出會(huì )是一個(gè)負的電壓，返回到運放的同相輸入端，會(huì )進(jìn)一步得到一個(gè)絕 對 值更大的負電壓差。很快運放的輸出就會(huì )達到飽和，自然也就無(wú)法實(shí)現同相端追隨反相端。
但對于運放來(lái)說(shuō)，如果在反相端施加參考電壓，配合其它電子元器件，如三極管、MOS等，使得運放的整體環(huán)路形成負反饋，同樣也能使同相端追隨反相端，而這也自然打破了我們熟悉的運放的反相端追隨同相端的規律。
運放的電壓追隨電路，”虛短”、“虛斷”是表面，而負反饋才是根?；谶@個(gè)根，可以很好的幫助我們去理解千變萬(wàn)化的運放電路。