دنبال کننده ولتاژ (بافر بهره واحد)

دنبال کننده ولتاژ (بافر بهره واحد):
اگر مقاومت فیدبکRfرا برابر با صفر (Rf=0)، و مقاومتR2را برابر با بی نهایت (R2=∞) قرار دهیم، آنگاه مدار بهره ثابت 1 را خواهد داشت، زیرا کل ولتاژ در ترمینال ورودی معکوس کننده وجود خواهد داشت (فیدبک منفی).

در این حالت، نوع خاصی از تقویت کننده غیر معکوس کننده خواهیم داشت که دنبال کننده ولتاژ (Voltage Follower) یا ولتاژ فالوئر، یا بافر بهره واحد نام دارد.

وقتی سیگنال ورودی مستقیماً به ورودی غیر معکوس کننده تقویت کننده وصل شود، سیگنال خروجی معکوس نمی شود، در نتیجه، ولتاژ خروجی برابر با ولتاژ ورودی خواهد بود (VOUT=VIN). به دلیل ویژگی های ایزولاسیون، مدار ولتاژ فالوئر گزینه ایده آلی برای بافر با بهره واحد است.

مزیت دنبال کننده ولتاژ با بهره واحد این است که می توان زمانی از آن استفاده کرد که تطبیق امپدانس یا ایزوله سازی مهم تر از تقویت کنندگی باشد. امپدانس ورودی مدار دنبال کننده ولتاژ بسیار بزرگ و معمولاً بزرگ تر از 1 مگااهم است.

این مقدار برابر با حاصل ضرب مقاومت ورودی تقویت کننده عملیاتی و بهره آن (Rin×AO) است. همچنین، امپدانس خروجی این مدار بسیار کم است، زیرا آپ امپ ایده آل فرض شده است.

شکل زیر مدار ولتاژ فالوئر غیر معکوس کننده را نشان می دهد.

در این پیکربندی مدار غیر معکوس کننده، امپدانس ورودیRin به بی نهایت افزایش می یابد و امپدانس فیدبکRf به صفر کاهش پیدا می کند. خروجی مستقیماً به ورودی معکوس کننده منفی بر می گردد و به همین دلیل، فیدبک صددرصد بوده وVinدقیقاً برابر باVout است که منجر به بهره ثابت یک خواهد شد.

از آنجایی که ولتاژ ورودیVin به ورودی غیرمعکوس کننده اعمال می شود، بهره تقویت کننده برابر خواهد بود با:

به دلیل آنکه جریانی به ترمینال ورودی غیر معکوس کننده وارد نمی شود، امپدانس ورودی بی نهایت است (آپ امپ ایده آل) و همچنین، جریانی در حلقه فیدبک برقرار نمی شود.

در نتیجه می توان هر مقدار مقاومتی را در حلقه فیدبک قرار داد، بدون اینکه اثری بر مشخصه مدار داشته باشد، زیرا پارامترهای جریان، ولتاژ و توان آن صفر هستند.

از آنجایی که جریان ورودی صفر است، توان ورودی صفر خواهد بود و ولتاژ فالوئر می تواند بهره توان بالاتری داشته باشد. البته در اغلب مدارهای بافر با بهره واحد، یک مقاومت با مقدار کوچک (معمولاً یک کیلواهم) برای کاهش هرگونه افست جریان نشتی ورودی لازم است.

دنبال کننده ولتاژ یا بافر بهره واحد، نوع خاص و بسیار مفیدی از مدار تقویت کننده غیر معکوس کننده است که معمولاً در الکترونیک برای ایزوله کردن مدارها از یکدیگر، به ویژه در فیلترهای اکتیو مرتبه بالاتر یا سالن-کی (Sallen-Key) به منظور جداسازی طبقات فیلتر از یکدیگر به کار می رود.

آی سی های بافر دیجیتال رایج موجود در بازار، 74LS125با چهار بافر سه حالته یا نوع رایج تر آن، 74LS244 هشت بافر هستند.

بهره ولتاژ حلقه بسته یک مدار دنبال کننده ولتاژ، واحد یا 1 و بهره ولتاژ حلقه باز یک تقویت کننده عملیاتی بدون فیدبک، بی نهایت است. بنابراین، با انتخاب دقیق اجزای فیدبک می توانیم مقدار بهره یک آپ امپ غیر معکوس کننده را از یک تا بی نهایت تغییر دهیم.