运算放大器基础知识：概念、虚短虚断原理及三种常见电路详解
运算放大器基础知识：概念、虚短虚断原理及三种常见电路详解
运算放大器（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是电子工程领域中一种非常重要的基本单元电路，广泛应用于信号放大、滤波、信号处理等场景。本文将从运算放大器的基本概念出发，详细讲解虚短虚断原理，并通过具体电路实例，介绍差分运放、同相比例运放和反相比例运放三种常见运放电路的结构和输出电压计算方法。
一、运算放大器是什么？
运算放大器是一种可以对输入信号进行数学运算后并将其放大输出的电子元件，其电路符号如下图所示：
二、虚短和虚断的概念
1.虚短
运算放大器在工作时，由于同向输入端和反相输入端电压相等（V+ = V-），所以相当于短路，由此称为虚短。
2.虚断
由于运放的输入阻抗极大，以至于同向输入端和反相输入端没有电流流入，由此称为虚断。
三.差分运放电路
1.电路结构
差分运放电路的结构如下图所示。运算放大器的输出信号通过负反馈接到反相输入端。
2.输出电压Vout计算公式
为了简化计算，工程师通常会将R2与R3、R1与R4的阻值选为相同，此时输出电压的计算公式为：
Vout = （Vin1-Vin2）* (R4/R3)
以图例中的电路为例：
若 Vinput1 = 5V, Vinput2 = 3V
则Vout = （Vinput1 - Vinput2）（R4/R3) =（5V - 3V）(5.1k/1k) = 10.2V
四.同相比例运放
1.电路结构
同相比例运放的电路结构如下图所示：
2.输出电压Vout计算公式
日常设计电路时，工程师通常会将R5与R7的阻值选为相同，此时输出电压的计算公式为：
Vout = Vin1* (1 + R7/R6)
以图例中的电路为例：
若 Vinput1 = 3V
则Vout = Vin1* (1 + R7/R6) =3V *(1 + 5.1k/1k) = 18.3V
五.反相比例运放
1.电路结构
反相比例运放的电路结构如下图所示。需要注意的是，由于反相运放输出的是负电压，所以运算放大器需要由两个电源供电（正电压和负电压）。由于获得负电压会增加电路成本，所以现实工作中反相比例运放使用较少。
2.输出电压Vout计算公式
日常设计电路时，工程师通常会根据以下标准选择电阻阻值：1/R5 = 1/R6 + 1/R7。此时输出电压的计算公式为：
Vout = -Vin2* (R7/R6)
以图例中的电路为例：
若 Vinput2 = 1V
则Vout = -Vin2* (R7/R6) = -1V *(5.1k/1k) = -5.1V
总结
以上就是运算放大器的基础知识介绍。虽然本文内容较为基础，但运算放大器在电子工程领域的应用非常广泛，要想在电路设计中将运放使用得出神入化，还需要通过大量实践不断积累经验。知不足而奋进，望远山而前行。