运算放大器11种经典电路

在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。 ### 运算放大器11种经典电路解析 运算放大器作为模拟电路的重要组成部分，在电子技术领域占据着举足轻重的地位。对于初学者来说，掌握运算放大器的基本原理及其应用至关重要。本文将通过深入浅出的方式，详细介绍运算放大器的两种基本分析方法：“虚短”和“虚断”，并结合具体的电路实例进行解析。 #### 虚短与虚断概念 - **虚短**：由于运算放大器具有非常高的开环增益（通常大于80dB），即使是非常小的差模输入信号（例如小于1mV），也能得到较大的输出变化。因此，在分析处于线性工作状态下的运算放大器时，可以认为两个输入端之间的电压差几乎为零，即所谓的“虚短”。 - **虚断**：由于运算放大器的输入电阻非常高（通常大于1MΩ），流入输入端的电流非常小，可以近似认为没有电流流入或流出输入端，即所谓的“虚断”。 接下来，我们将通过几个典型的运算放大器电路来具体展示如何运用“虚短”和“虚断”的概念。 ### 经典电路实例解析 #### 反向放大器 在反向放大器中，输入信号通过电阻\( R_1 \)连接到运算放大器的反相输入端，而同相输入端接地。根据“虚短”原则，反相输入端的电压\( V_- \)近似等于同相输入端的电压\( V_+ = 0V \)。再根据“虚断”原则，没有电流流入或流出反相输入端，这意味着流过\( R_1 \)的电流与流过反馈电阻\( R_2 \)的电流相等。通过简单的数学推导，可以得到输出电压\( V_{out} \)与输入电压\( V_i \)之间的关系： \[ V_{out} = -\frac{R_2}{R_1}V_i \] #### 同向放大器 同向放大器中，输入信号直接连接到同相输入端，而反相输入端通过电阻接地。利用“虚短”原理，可以得知同相输入端的电压等于反相输入端的电压。根据“虚断”原理，没有电流进入反相输入端，这意味着流经\( R_1 \)和\( R_2 \)的电流相等。通过进一步的数学推导，可以得到输出电压\( V_{out} \)与输入电压\( V_i \)之间的关系： \[ V_{out} = \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right)V_i \] #### 加法器 加法器用于将多个输入信号相加以产生输出信号。考虑一个简单的加法器电路，其中两个输入信号\( V_1 \)和\( V_2 \)分别通过电阻\( R_1 \)和\( R_2 \)连接到运算放大器的反相输入端。根据“虚短”和“虚断”的原则，可以通过以下步骤推导出输出电压\( V_{out} \)与输入电压\( V_1 \)和\( V_2 \)之间的关系： \[ V_{out} = -\left(\frac{R_3}{R_1}V_1 + \frac{R_3}{R_2}V_2\right) \] 如果\( R_1 = R_2 = R_3 \)，则简化为： \[ V_{out} = V_1 + V_2 \] ### 总结 通过上述几个经典电路的例子可以看出，“虚短”和“虚断”的概念是分析运算放大器电路的基础。掌握了这两个原则，就可以灵活地分析和设计各种复杂的运算放大器电路。此外，通过对不同类型的运算放大器电路进行分析，不仅能够加深对基本原理的理解，还能够在实际应用中更加游刃有余。希望本文能够帮助读者更好地理解和掌握运算放大器的相关知识。