运算放大器反相器后跟缓冲器。为什么?

电器工程 运算放大器 电路分析 模拟 缓冲
2022-01-10 09:02:13

在示意图中,我一直试图理解我遇到了这个子电路: 反相器后跟缓冲器

它是一个运算放大器反相器,后跟一个缓冲器。VIN 来自微控制器中的 DAC,该电路产生一个负 VIN 的 VOUT。运算放大器由正负轨供电(此处未显示)。到目前为止,一切都很好。

但我不完全明白在这个电路中使用 OA2 的基本原理。我能看到的唯一原因是:如果没有缓冲器 (OA2),VOUT 处的突然负载会从 VIN 汲取电流,直到运算放大器 OA1 反馈调整(大约 1µs)。使用缓冲区 (OA2) 不再是这种情况。我做对了吗?还是我错过了什么?

4个回答

你说的对。在大多数情况下,这很愚蠢,会增加偏移电压并使用另一部分。很可能这只是某人的膝跳反应,或者盲目地遵循“始终缓冲信号”的规则而没有考虑太多。并非所有的原理图都是良好设计的结果。

第二个仅缓冲运算放大器有一些微妙的优势:

  1. 通过 R2 的反馈电流会影响 OA1 的总输出电流能力。OA2 具有所有当前可用于驱动输出的能力。

    在这种 R2 为 10 kΩ 的情况下,这是一个弱论点,因为反馈电流相对于大多数运算放大器的能力而言是如此之小。有时会发生这样的电路,因为之前 R2 要低得多,并且在提高 R2 的设计更改后没有移除第二个运算放大器。

  2. OA2 保护输入信号免受输出信号的滥用。仅当 OA1 在闭环操作中起作用时,Vin 才会看到 R1 的固定阻抗。如果负载 Vout 以致 OA1 无法将其驱动至所需电压,则 OA1 的负输入不再为 0 V,并且驱动 Vin 的戴维宁等效值发生变化。

    在这个电路中,可以滥用OA2的输出而不影响OA1的输出,而OA1的输出又不会影响Vin,也许我说“也许”的原因是一些运算放大器在其输入之间有背靠背的二极管。我没有查看您的运算放大器,所以我不知道这里是否是这种情况。如果是这样,那么 Vout 的滥用将回到 OA2 的正输入,这将回到 Vin。

    这又是一个弱论点,因为将运算放大器输出加载到无法驱动到所需电压的点通常会使运算放大器超出规格。

它对性能没有太大影响,只是因为传递函数中有两个极点而使其速度变慢。

很有可能设计人员只需要双通道中的一个运算放大器,并选择对剩余的放大器做一些有益的事情,以使其免受麻烦。这是 LM324 四路放大器和 LM358 双路放大器的常见情况。

没有与 LM358 相同且具有单个放大器的普通廉价等效产品 - 任何其他部件往往更昂贵和/或可能以某种方式受到限制(例如具有较低的最大电源电压),因此如果 LM358 足够好,那么您不妨使用它并浪费第二个放大器。

顾名思义,“缓冲区”就是用来“缓冲”输出的。

由于 OA1 是反馈网络的一部分,它的一些输出已经被使用(通过 R2 和 R1 丢失。)这意味着 OA1 的驱动能力较低。因此,如果您要将 OA1 连接到电路的其他部分,可能会发生意想不到的事情。OA2 只是“跟随”或“缓冲”OA1 的输出,它具有零输出负载,因此具有全驱动能力。这种“缓冲”是常见的和使用的,它使电路的运行更加健壮和可靠。

此外,缓冲区在延迟方面也很重要。在数字和模拟电路设计中,高速信号都会被电路元件显着延迟。有时,使用多个缓冲区 - 似乎没有任何目的 - 除了引入延迟。通常这样做是为了使两个信号在时域中“再次相遇”。

当电源打开时,应该不会像其他海报所说的那样有什么不同。

然而,当电源关闭时,第二种变体不太可能让输出流回输入,并且可能会使输入负载独立于输出连接。对于某些应用程序(音频?),这可能是一个理想的属性。这是否确实如此取决于所讨论的运算放大器的内部电路。由于给出了特定类型,这可能确实是设计的一部分。