<p>记得大学时学习模拟电子电路中关于运算放大器的使用，什么同相比例放大电路、反相比例放大电路、加法电路等，不同的结构和不同输入输出公式。当时没好好学，没有认真思考为什么这样，一味的死记硬背以应付考试。随着时间的流逝，记忆渐渐模糊，等到实际搭电路测试时发现输出电压和书上的结果完全不一样，（此处的原因说明省略100字）。最后经过现实的“洗礼”，发现运算放大器使用只要搞清楚以下几点，就不再难了，若有不对的地方，还请指正。</p>
<p><strong>第一点：负反馈</strong></p>
<p>这一点很重要，运算放大器电路必须要接成负反馈（实现比较器功能除外）的形式，说的直白一点就是运算放大器的输出端必须反馈至反相输入端。</p>
<img alt="图1：负反馈接法" data-align="center" data-entity-type="file" data-entity-uuid="6524c13b-4e1b-4d26-b9fb-7f109ce4e8b2" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE1%EF%BC%9A%E8%B4%9F%E5%8F%8D%E9%A6%88%E6%8E%A5%E6%B3%95.JPG" />
<p><strong>第二点：虚断、虚短</strong></p>
<p>1）运算放大器的输入阻抗很大，可视为开路，因此分析时可视为流入运算放大器引脚的电流为零，这就是虚断。</p>
<p>2）虚短就是运算放大器的正相输入端电压与反相输入端电压相等，即Vp=Vn。为什么会这样呢，如图2所示的电路，由于运入有虚断的特性，那么电阻R3上没有电流，因此Vp=Vi，当该电路刚通电时，Vo=0V，此时Vn=0V，因此运算放大器的净输入电压为Vp-Vn=Vi，由于运算放大器的开环放大倍数的存在，Vo开始升高，由于Vn=Vo*R2/(R2+R1)，因此Vn也开始升高，从而导到净输入电压Vp-Vn变小，最终电路会达到一个平衡的状态，此时Vp=Vn，也就是虚短。</p>
<p><img alt="图2 同相放大电路" data-entity-type="file" data-entity-uuid="9a285968-5c38-4e0d-a113-651a20e469c1" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE2%20%E5%90%8C%E7%9B%B8%E6%94%BE%E5%A4%A7%E7%94%B5%E8%B7%AF.JPG" /></p>
<p><strong><em>图2 同相放大电路</em></strong></p>
<p>根据以上两点，运算放大电路的输入输出关系就可以写出来了，还时以图2所示的电路作为例子来说明，</p>
<p>根据虚断的特性，可以得出以下两个重要的特性</p>
<p>1）电阻R3上没有电流，即Vp=Vi<br />
2）流过电阻R2的电流就是流过电阻R1的电流，即I1=I2，因此有</p>
<p><img alt="公式" data-entity-type="file" data-entity-uuid="4648f9f5-1a94-4c5f-b386-733cadca774a" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%85%AC%E5%BC%8F_1.JPG" /></p>
<p>式（3）就是该运算放大电路的输入输出公式。</p>
<p>到了这里，是不是就可以了？</p>
<p>答案是NO，还有一点需要注意，不然电路可能还是不能正常工作。那就是需要关注输出电压的大，即，第三点：输出电压不能超出范围。</p>
<p><strong>第三点：输出电压不能超出范围</strong></p>
<p>如何理解这一点呢？这里还是以同相放大电路为例，假设该电路的参数为：<br />
运放的供电采用双电源供电，即电压是±5V<br />
R1=1K，R2=2K<br />
Vi=2V</p>
<p><img alt="电路参数" data-entity-type="file" data-entity-uuid="aff8aafd-89c6-4c7b-8980-66592e04a6f7" src="/sites/default/files/inline-images/%E7%94%B5%E8%B7%AF%E5%8F%82%E6%95%B0.JPG" /></p>
<p><strong><em>图1 同相放大电路</em></strong></p>
<p>根据同相放大电路的公式，输出电压为</p>
<p><img alt="输出电压" data-entity-type="file" data-entity-uuid="818e766f-3250-4939-9f1e-5743acc335c2" src="/sites/default/files/inline-images/%E8%BE%93%E5%87%BA%E7%94%B5%E5%8E%8B.JPG" /></p>
<p>如果真的搭了这样的一个电路，真的可以输出6V电压吗？</p>
<p>显然不可能，因为运放的供电电压最大也只有5V，也就是说该运放在这种状态下输出的电压不可能超过5V。这里还做一个假设，假设该运放是轨至轨的，即最大可输出的电压为供电电压，即最大可输出5V,最小可输出-5V。</p>
<p>也就是说当输入电压Vi在-1.67V~1.67V之间时，输入输出满足关系统式（1），超出这个范围就不再满足该关系，图2就是该电压的输入输出关系曲线。</p>
<p><img alt="双电源供电的同相放大电路输入输出曲线" data-entity-type="file" data-entity-uuid="52527c72-bdcd-4fe4-a8c7-937368e10ac5" src="/sites/default/files/inline-images/2%20%E5%8F%8C%E7%94%B5%E6%BA%90%E4%BE%9B%E7%94%B5%E7%9A%84%E5%90%8C%E7%9B%B8%E6%94%BE%E5%A4%A7%E7%94%B5%E8%B7%AF%E8%BE%93%E5%85%A5%E8%BE%93%E5%87%BA%E6%9B%B2%E7%BA%BF.JPG" /></p>
<p><strong><em>图2 双电源供电的同相放大电路输入输出曲线</em></strong></p>
<p>在实际电路设计中还有一种很常用的供电方法，即采用单电源供电，即<br />
运放的供电采用单电源供电，即电压是5V，0V<br />
R1=1K，R2=2K</p>
<p>对于这样的电路参数，其实思路是一样的，最大可输出5V,最小可输出0V（假设该运放是轨至轨的），下图是单电源供电时输入输出曲线</p>
<p><img alt="图3 单电源供电的同相放大电路输入输出曲线" data-entity-type="file" data-entity-uuid="63777777-825a-4504-988a-11b9db3d466c" src="/sites/default/files/inline-images/%E5%9B%BE3%20%E5%8D%95%E7%94%B5%E6%BA%90%E4%BE%9B%E7%94%B5%E7%9A%84%E5%90%8C%E7%9B%B8%E6%94%BE%E5%A4%A7%E7%94%B5%E8%B7%AF%E8%BE%93%E5%85%A5%E8%BE%93%E5%87%BA%E6%9B%B2%E7%BA%BF.JPG" /></p>
<p><strong><em>图3 单电源供电的同相放大电路输入输出曲线</em></strong></p>
<p><strong>总结</strong></p>
<p>因此运算放大器电路的分析和设计只要记住或搞清楚以下三点，我想就不会再难了。</p>
<ul>
<li>负反馈接法</li>
<li>理解和应用虚断、虚短特性</li>
<li>输出电压不能超出运放的供电电压的范围</li>
</ul>
<p>文/西边河里人<br />
来源：微信公众号 口口木</p>