运算放大器基础知识：从概念到应用电路详解
运算放大器基础知识：从概念到应用电路详解
运算放大器（Operational Amplifier，简称运放）是一种高增益的直接耦合放大器，广泛应用于信号处理、测量和控制系统中。本文将从基本概念出发，详细介绍运算放大器的工作原理和常见应用电路，帮助读者快速掌握运放的基础知识。
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：
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
差分运放电路通过负反馈实现信号的差分放大。下图为差分运放的电路结构：
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
同相比例运放电路结构如下：
2.输出电压Vout计算公式
为了简化计算，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
反相比例运放电路结构如下：
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
为了保证输出电压的准确性，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
本文介绍了运算放大器的基础知识，包括虚短和虚断的概念、差分运放电路、同相比例运放和反相比例运放的电路结构及输出电压计算公式。这些内容是学习和应用运放的基础，希望对读者有所帮助。知不足而奋进，望远山而前行。