通俗易懂讲解运算放大器（含输出电压计算公式）
通俗易懂讲解运算放大器（含输出电压计算公式）
1 运算放大器是什么？
运算放大器指可以对输入信号进行数学运算后并将其放大输出，下图为其电路符号。
2 虚短和虚断的概念
2.1 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。
2.2 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。
3 差分运放电路
3.1 电路结构
下图为差分运放的电路结构，运算放大器的输出信号通过负反馈接到反相输入端。
3.2 输出电压Vout计算公式
教材上的计算公式过于复杂，为了简便计算，日常设计电路时，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：
V o u t = （ V i n 1 − V i n 2 ） ∗ ( R 4 / R 3 )
Vout = （Vin1-Vin2）* (R4/R3)
Vout=（Vin1−Vin2）∗(R4/R3)
以图例中的电路为例，若
V i n p u t 1 = 5 V
V i n p u t 2 = 3 V
Vinput1 = 5V
Vinput2 = 3V
Vinput1=5V
Vinput2=3V
则：
V o u t = （ V i n p u t 1 − V i n p u t 2 ） ∗ （ R 4 / R 3 ) = （ 5 V − 3 V ） ∗ ( 5.1 k / 1 k ) = 10.2 V
Vout = （Vinput1 - Vinput2）（R4/R3) =（5V - 3V）(5.1k/1k) = 10.2V
Vout=（Vinput1−Vinput2）∗（R4/R3)=（5V−3V）∗(5.1k/1k)=10.2V
4 同相比例运放
4.1 电路结构
下图为同相比例运放的电路结构。
4.2 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：
V o u t = V i n 1 ∗ ( 1 + R 7 / R 6 )
Vout = Vin1* (1 + R7/R6)
Vout=Vin1∗(1+R7/R6)
以图例中的电路为例，若：
V i n p u t 1 = 3 V
Vinput1 = 3V
Vinput1=3V
则
V o u t = V i n 1 ∗ ( 1 + R 7 / R 6 ) = 3 V ∗ ( 1 + 5.1 k / 1 k ) = 18.3 V
Vout = Vin1* (1 + R7/R6) =3V *(1 + 5.1k/1k) = 18.3V
Vout=Vin1∗(1+R7/R6)=3V∗(1+5.1k/1k)=18.3V
5 反相比例运放
5.1 电路结构
下图为反相比例运放的电路结构。需要主要的是，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。
5.2 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 / R 5 = 1 / R 6 + 1 / R 7
1/R5 = 1/R6 + 1/R7
1/R5=1/R6+1/R7
不需要完全相等，但需要接近，不能差太多，否则会导致输出电压极其不准确。此时输出电压的计算公式为：
V o u t = − V i n 2 ∗ ( R 7 / R 6 )
Vout = -Vin2* (R7/R6)
Vout=−Vin2∗(R7/R6)
以图例中的电路为例，若：
V i n p u t 2 = 1 V
Vinput2 = 1V
Vinput2=1V
则
V o u t = − V i n 2 ∗ ( R 7 / R 6 ) = − 1 V ∗ ( 5.1 k / 1 k ) = − 5.1 V
Vout = -Vin2* (R7/R6) = -1V *(5.1k/1k) = -5.1V
Vout=−Vin2∗(R7/R6)=−1V∗(5.1k/1k)=−5.1V