必备运算放大器电路

运算放大器是模拟电路设计中的基础元件，广泛应用于信号处理、滤波、放大等领域。学习运算放大器的基础电路是每个电子工程师必须掌握的核心技能。在众多的运放电路中，有11种经典电路尤为关键，包括同向放大器、反向放大器、加法器等，它们构成了运放应用的基础。 我们要理解两个关键概念——"虚短"和"虚断"。虚短是因为运放具有极高的电压增益，使得输入两端的电压差非常微小，几乎可以看作是等电位，即输入端短路。但请注意，这并不意味着物理上的短接，而是理论上的等电位。另一方面，虚断则是因为运放的输入电阻非常高，导致输入端的电流几乎为零，仿佛是开路状态。同样，这也是理论上的开路，并非真正的物理断路。 以反向放大器为例，如图一所示，运放的同向端接地，反向端与同向端虚短，所以反向端电压也为0V。由于反向输入端的高输入电阻导致虚断，R1和R2串联，流过的电流相同。通过建立代数方程，我们可以得出输出电压Vout与输入电压Vi之间的关系，即Vout = (-R2/R1)*Vi，这就是反向放大器的基本电路分析。 再来看同向放大器，如图二所示，Vi与V-虚短，因此Vi等于V-。由于虚断，反向输入端没有电流进出，R1和R2上的电流相等。根据欧姆定律，我们可以推导出Vout = Vi*(R1+R2)/R2，这就是同向放大器的输入输出关系。 图三展示了加法器的电路，利用虚短和虚断，我们可以得到V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3。当R1=R2=R3时，Vout=V1+V2，实现信号的加法。 在图四中，运放的同向端没有电流流过，因此R1和R2以及R3和R4上的电流相等。结合虚短条件，我们可以得到V+ = (V1 + V2)/2，V- = Vout/2，从而推导出Vout = V1 + V2，这是一种平均值电路。 以上内容只是对运算放大器基本电路分析的简单介绍，实际应用中还需要考虑输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等参数，以及运放的非理想特性。熟练掌握"虚短"和"虚断"的概念，能帮助电子工程师在面对复杂电路时快速找到分析的切入点，进一步理解和应用运算放大器的各种电路。通过不断实践和深入学习，可以成为运放应用的高手，解决各种电路设计和维修问题。