Wtórnik napięcia

Wtórnik napięciowy to najprostszy z możliwych wzmacniaczy posiadających ujemne sprzężenie zwrotne. Napięcie wyjściowe jest dokładnie równe napięciu wejściowemu. Jeśli niczym się nie różnią, to można spytać - po cholerę mi to potrzebne, skoro to nic nie zmienia? I tu jest właśnie haczyk, gdyż dotychczas była mowa o napięciu, a nie o prądzie. Otóż wtórnik napięcia prawie wcale nie pobiera prądu ze źródła sygnału, a umożliwia pobranie całkiem sporego prądu ze swojego wyjścia. 

Często mamy do czynienia z elementami, które mają bardzo małą wydajność prądową. Przykładem takiego elementu jest mikrofon czy fotoogniwo. Dołączenie do nich elementu o małej rezystancji spowoduje obniżenie napięcia sygnału, generowanego przez te źródła. W takiej sytuacji dobrze jest stosować wtórnik napięcia. Ma on wysoką rezystancję wejściową, dzięki czemu nie obciąża i nie zniekształca sygnału wejściowego oraz ma niską rezystancję wyjściową, co pozwala wysterować prądożerne układy i komponenty, jak na przykład diodę LED. 

Żeby zrozumieć, jak działa wtórnik napięcia, musimy poznać trzy elementarne zasady, rządzące wzmacniaczami operacyjnymi:

• Zasada 1 - wzmacniacz operacyjny tak oddziaływuje swoim wyjściem na wejście, poprzez ujemne sprzężenie zwrotne, by napięcia na wejściu odwracającym (-) i nieodwracającym (+) były sobie równe
• Zasada 2 - wejścia wzmacniacza nie pobierają prądu
• Zasada 3 - napięcia na wejściach oraz wyjściu muszą być w zakresie pomiędzy dodatnim i ujemnym napięciem zasilającym

Załóżmy, że napięcie wejściowe zostało ustawione na 3V, a obecnie na wyjściu mamy 1V. Co się dzieje? Wzmacniacz zauważa, że pomiędzy wejściem odwracającym (-) a nieodwracającym (+) są 2V różnicy. Wobec tego, zgodnie z zasadą 1, zwiększa napięcie wyjściowe tak długo, aż napięcia na wejściach zrównają się. Sytuację dodatkowo upraszcza fakt, że wyjście jest połączone wprost z wejściem odwracającym (-) i siłą rzeczy napięcia na tych dwóch nóżkach muszą być równe. 

Często można spotkać dodatkowy rezystor w obwodzie sprzężenia zwrotnego. Ma on znaczenie w układach, gdzie wymagamy nieco większej precyzji działania. Zasady 1 i 2 dotyczą wzmacniacza idealnego, który oczywiście w rzeczywistości nie istnieje. Napięcia na wejściach nigdy nie są idealnie równe i płynie przez nie pewien niewielki prąd, przez co napięcie wyjściowe może różnić się o kilka miliwoltów od napięcia wejściowego. Rezystor R ma za zadanie zmniejszyć skutki tych niedoskonałości. Powinien mieć rezystancję taką, jak rezystancja źródła sygnału.