工程师 - 为什么ADC采集电路前级要加一个电压跟随器？有啥用？

大家都知道电压跟随器具有高输入阻抗，低输出阻抗的优点。输入阻抗很大时，跟随器相当于和前级电路断路，和自恢复保险丝原理一样，通过高阻抗断开电源电路。电压跟随器输出阻抗很低，相当于和后级电路短路。后级电路的输入电压值，等于电压跟随器输出端的电压值。

电压跟随器输入端和输出端的电压值基本一样大，增益为1。

在ADC采集电路中，如果精度要求不高的情况下，通过2个电阻分压，将分压后的电压值传输给电压跟随器。有些电路设计师直接将分压后的电压值，直接接到CPU自带ADC的引脚，或ADC芯片的采集引脚。在实际的项目中，这样采集到的电压值和理论电压值误差较大，在软件设计中，通过程序对采集到的值进行补偿，补偿后的电压值和实际电压值一样。

采集到的电压值和实际电压值不一致的原因，主要ADC采集端也有一个阻抗，外部分压电阻和ADC端电阻值并联后，整个分压电阻值发生变化，因此ADC采集到电压值和理论值不一样。还有一个说法，由于ADC的采集特性，在ADC采集过程中需要不断对通道上的输入电容充电，虽然这个电容的容量不大，但是由于电容的快速汲取电流，将导致分压电阻上的电流变化，进而影响电压的分配，导致测量的电压就不准确。

例如：项目需要对一个电源电压5V进行监控，采用单片机自带ADC，单片机的工作电压为3.3V。因此，需要对5V电压进行分压，上端分压电阻20K，下端分压电阻10K，分压后传输给ADC的电压值为1.67V。实际ADC端也有一个电阻值，假设这个电阻值为10K，这个ADC端电阻值和分压电阻10K并联后，阻抗变成5K，实际ADC采集到的电压值为1V。

电压跟随器还起到隔离作用，保护后级电路。

所以很多ADC采集电路，在前级都会加上一个电压跟随器。

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什么是电压跟随器？

电压跟随器（也称为单位增益放大器、缓冲放大器和隔离放大器）是一种电压增益为 1 的运算放大器电路。这意味着运算放大器不会对信号进行任何放大。电压跟随器不提供衰减或放大——仅提供缓冲。

之所以称为电压跟随器，是因为输出电压直接跟随输入电压，即输出电压与输入电压相同。因此，例如，如果 10V 作为输入进入运算放大器，则 10V 作为输出输出。电压跟随器充当缓冲器，不对信号提供放大或衰减，具体的如下图所示：

通常说它的增益为 1——指的是电压增益（等效 0 dB）。但它提供了相当大的电流和功率增益。

电压跟随器是一种具有非常高的输入阻抗的运算放大器（因此具有高电阻）。更具体地说，运算放大器的输入侧具有非常高的阻抗（1 MΩ 至 10 TΩ），而输出则没有。

这一特性使其成为许多需要隔离输入和输出信号的不同类型电路的流行选择。比如逻辑电路的缓冲器。电压跟随器消耗的电流非常少，不会干扰原始电路，并提供与输出相同的电压信号。电压跟随器充当隔离缓冲器，隔离电路，使电路的电源受到的干扰非常小。

综上，电压跟随器在电路中的实现主要有两个原因。一种用于隔离目的，另一种用于缓冲电气或电子电路的输出电压，以获得连接负载所需的电压。

低阻抗电路的情况

低输入阻抗（在这种情况下也就是电阻）将导致欧姆定律公式中的“R”很小。在固定电压 (V) 的情况下，这意味着大量电流将被低阻抗（电阻）负载吸收。因此，该电路从电源获取大量功率，导致高源干扰。

现在让我们考虑为电压跟随器电路提供相同的功率。

电压跟随器电路如下图所示。

如果我们在输入端和输出端保持相同的电压，并且我们显着降低电阻......电流会发生什么？

没错：电流会暴涨。

注：这种电压跟随器只是提高了带负载的能力，并不是说输出电流一定就放大了。电压高了，同样的负载，未加限流电阻，电流自然也就会大一些。

电压跟随器保持 电压不变——我们没有说它也保持电流不变！

虽然电压跟随器具有单位电压增益（即等于 1），但它具有非常高的电流增益。

所以在输入端：非常高的阻抗和非常低的电流。

在输出端：非常低的阻抗和非常高的电流。

电压保持不变，但电流上升（因为输入端和输出端之间的阻抗下降）。

如前所述：运算放大器的输入阻抗非常高（1 MΩ 至 10 TΩ）。

凭借如此高的输入阻抗，运算放大器不会降低源的负载，并且只会从中汲取最小的电流。

对于一些负载阻抗较小的电路中，往往需要较大的瞬时电流和持续电流，电压跟随器能够为这些电路提供较大的电流，且不会影响到输入电路。

由于运算放大器的输出阻抗非常低，它驱动负载就好像它是一个完美的电压源。

其他：

电压跟随器在分压器电路中很重要。电压跟随器（下图）有助于将电压电平从一个电路切换和维持到另一个电路。它保留电压源的信号。这就是为什么它有时被称为缓冲或分离放大器。

参考：

1，微信公众号：电子工程世界

为什么ADC采集电路前级要加一个电压跟随器？有啥用？ (qq.com)

2，知乎

什么是电压跟随器？电压跟随器计算方法讲解，几分钟带你搞定 - 知乎 (zhihu.com)

3，知乎：IC先生网

电压跟随器工作原理、电路图及作用 - 知乎