运算放大器经典电路解析：掌握「虚短」与「虚断」

"运算放大器11种经典电路电子工程师必备" 运算放大器（Op-Amp）是模拟电子电路中的核心元件，具有高增益、低输入阻抗、高输出阻抗等特点。在电子工程中，运放可以构建出各种功能丰富的电路，包括放大器、滤波器、比较器等。本文将详细介绍11种运算放大器的经典电路，并探讨其工作原理。 1. **同相放大器**： 同相输入端（"+"）接信号源，反相输入端（"-"）通过一个反馈电阻Rf连接到输出端。输出电压与输入电压成比例增加，即Vo = (1 + Rf/Ri) * Vi，其中Ri是输入电阻。这种配置可以实现电压跟随或增益放大。 2. **反相放大器**： 输入信号连接到反相输入端，同相输入端通过Rf与输出端相连。输出电压与输入电压成反比，Vo = -Rf/Ri * Vi。反相放大器可以提供负增益，并改变信号极性。 3. **电压跟随器**： 这是一种特殊的同相放大器配置，Rf等于无穷大，导致输出电压与输入电压相同，但可以改变负载阻抗。 4. **积分器**： 反相输入端通过一个电容C与输入信号相连，输出电压与输入电压的时间积分成正比，即Vo = -1/(Rf*C) * ∫Vi*dt，用于信号平滑或频率转换。 5. **微分器**： 与积分器相反，输入信号通过一个电容C连接到同相输入端，输出电压是输入电压的一阶导数，即Vo = Rf*C * dVi/dt，常用于检测瞬态信号。 6. **比较器**： 没有反馈的运放电路，将一个电压与参考电压进行比较，当输入电压超过参考电压时，输出跃变，常用于阈值检测。 7. **差分放大器**： 接收两个输入信号，放大它们之间的差值，减少共模噪声。 8. **缓冲器**： 用作信号隔离，保持负载变化不影响输入端电压，提高信号传输的稳定性。 9. **非反相加法器**： 通过并联的输入电阻网络，可以将多个电压信号线性叠加。 10. **非反相减法器**： 类似于加法器，但通过负反馈实现输入信号的减法操作。 11. **T型网络滤波器**： 结合电阻和电容网络，实现低通、高通或带通滤波功能。 在分析这些电路时，运放的两个关键概念——"虚短"和"虚断"至关重要。"虚短"意味着在运放线性工作状态下，两个输入端的电压差几乎为零，可以视为等电位连接，但实际并不短路。"虚断"则表示输入端的电流接近于零，可以看作开路，但实际并未断开。理解这两个概念有助于解析复杂运放电路的工作原理。 掌握运放的经典电路和基本原理，对于电子工程师来说至关重要，无论是在设计电路板、故障排查还是芯片级维修中，都能提供有效的理论支持和实践指导。通过深入理解和熟练运用虚短和虚断原则，可以轻松应对各种运放电路分析。