幾乎所有的電子產品都需要用到運算放大器，運算放大器（簡稱運算放大器），它的英文全名為Operation Amplifier，縮寫為OPAM，是一種直流耦合、差模輸入、通常單路的高增益電壓放大器。 今天，我們就給大家科普一下操作的基本知識。

翻遍所有模擬電子技術的書籍和課程，在介紹運算電路時，無非就是先定義電路。例如這是一個同相放大器，那麼推導它的輸出和輸入的關係，然後得到Vo=(1+Rf)Vi，這是一個反相放大器，然後得到VO = 0-RF * VI。 最後，學生常常有這樣的印象：記住公式就夠了！ 如果我們稍微改變一下路線，他們就找不到北邊的路了！ 我面試過至少100位大專及以上學歷的電子專業考生。結果我就可以完美的分析我給的運算電路了。候選人不超過10人！ 其他專業畢業的可想而知。

       今天我就教大家兩個無敵絕招。這兩個技巧在所有運算電路的教材中都寫得清清楚楚，即「虛短路」和「虛斷」。不過，想要發揮得淋漓盡致，就必須要有深厚的功底。

如圖1所示，運算放大器的同相端接地=0V，反相端與同相端短接，所以也是0V。反相輸入端的輸入電阻很高，幾乎沒有電流注入或流出。則R1和R2相當於串聯，串聯電路中流過各元件的電流是相同的，即流過R1和R2的電流是相同的。 流經 R1 的電流 i1 = (VI-V-)/R1 ... A 流經 R2 的電流 I2 = (V-VOUT)/R2 ... BV-= V+= 0 ... Ci1 = I2 ..解上述初中代數方程式得到D Vout = (-R2/R1)*Vi。這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關係。

在圖 2 中，Vi 和 V- 是虛數，因此 Vi = V- a 是虛數。反向輸入端無電流輸入輸出，流經R1、R2的電流相等。設此電流為I，由歐姆定律得出：I = Vout/(R1+R2) b Vi等於R2上的分壓，即Vi = I*R2 …c 由abc公式得到Vout=Vi*(R1+R2)/R2。這就是傳說中的同相放大器的公式。

在圖3中，由虛短路可知：V-=V+=0……a由虛短路和基爾霍夫定律可知，流過R2和R1的電流總和等於流過R3的電流，所以（V1– V-)/R1+(V2–V-)/R2 = (V–VOUT)/R3 …將B代入式A，則式B變成

請看圖4。 由於虛斷，運轉同相端沒有電流流過，因此流過R1和R2的電流相等，同樣流過R4和R3的電流也相等。 因此，(v1–v+)/R1 = (v+-v2)/R2 … A (vout–v-)/R3 = v-/R4 … B 由虛短路可知： v+= v-… C 若 R1= R2 和R3=R4，則V+= (v1

由圖5可知，流過R1的電流等於流過R2的電流，同樣，流過R4的電流也等於流過R3的電流，因此有(V2–V+)/R1 = V+/R2…A(V1 – V-)/R4 = (V-VOUT)/R3 … B 若R1=R2，則V+= V2/2。 則 v-= (vout+v1)/2 ... d 由虛短 v+= v-... e 可知，因此 Vout=V2-V1。這就是傳說中的減法器。

在圖6所示的電路中，反向輸入端的電壓與同向端的電壓相等，流經R1的電流等於流經C1的電流。 通過R1的電流I = v1/R1，通過C1的電流I = c * duc/dt =-c * dvout/dt，因此Vout的輸出電壓=((-1/(R1*C1))∫V1dt為與輸入電壓與時間的積分成正比，這就是傳說中的積分電路。 若V1為恆壓U，則上式轉換為Vout = -U*t/(R1*C1) t為時間，Vout的輸出電壓為從0到負電源電壓的直線。

圖7中，流經電容C1和電阻R2的電流相等，運轉同端和反端電壓相等。 那麼： Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt 這是一個差分電路。 如果V1是突然增加的直流電壓，則輸出Vout對應於與V1方向相反的脈衝。

圖8中，Vx = V1……a Vy = V2……b由假想故障可知。若運算放大器的輸入端沒有電流流過，則R1、R2、R3可視為串聯，流過各電阻的電流相同。 電流 I = (VX-VY)/R2 ... C 為： VO1-VO2 = I * (R1+R2+R3) = (VX-VY) (R1+R2+R3)/R2 ... D 為由假想故障可知，流過R6的電流等於流過R7的電流。如果R6=R7，則VW= 則 vout–vu = vu–vo1，所以 vu = (vout+vo1)/2 … f 由虛短路可知，Vu = Vw …g 是 efg 的 vout = VO2–vo1 … h 是 vout = (Vy -Vx )上式(R1+)中dh的(R2+R3+R2)/R1 這個電路就是傳說中的差分放大電路。

分析一個大家接觸比較多的電路。 許多控制器接受來自各種測試儀器的0~20mA或4~20mA電流。該電路將電流轉換為電壓，然後將其發送到 ADC 轉換為數位訊號。圖9就是這樣一個典型電路。 如圖所示，4~20mA電流流過採樣100Ω電阻R1，R0.4上會產生2~1V的電壓差。 由假設可知，若運算放大器的輸入端沒有電流流過，則流過R3和R5的電流相等，流經R2和R4的電流也相等。 因此： (V2-VY)/R3 = VY/R5 … A (V1-VX)/R2 = (VX-VOUT)/R4 … B: Vx = Vy …c 電流從 0 到 20 mA 變化， 將cd公式代入B公式即可得到v1 = v2+(0.4 ~ 2) ... d (v2+(0.4 ~ 2)-vy)/R2 = (vy-vout)/R4 ... e 若R3=R2且R4=R5，則經由EA得到Vout=-(0.4～2)。 公式f Vout = -(0.88~4.4)V，即4~20mA電流轉換為-0.88~-4.4V電壓，可送入ADC處理。

電流可以轉換成電壓，電壓也可以轉換成電流。 圖10就是這樣一個電路。 圖中的負回饋不是透過電阻直接回饋，而是串聯電晶體Q1的發射結。不要以為它是一個比較器。 只要是放大電路，虛短虛斷的規律還是符合的！

假設運算放大器的輸入端沒有電流流過。，

那麼 (VI–v1)/R2 = (v1–v4)/R6 …
同樣地 (v3–v2)/r5 = v2/R4 … b
由虛短路可知v1 = v2 ... c。
如果R2=R6且R4=R5，則由abc公式V3-V4=Vi

由上式可知，若R7兩端的電壓等於輸入電壓Vi，則流經R7的電流I = VI/R7，如果負載Rl < < 100 kω，則流過RL和R7的電流基本上相同。

免責聲明：本文轉載自「顧太偉」。本文僅代表作者個人觀點，不代表薩科偉及業界觀點。僅供轉載分享，支持保護智慧財產權。轉載時請註明原出處及作者。如有侵權，請聯絡我們刪除。

公司電話：+86-0755-83044319
傳真/傳真：+86-0755-83975897
郵箱：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李經理
QQ：332496225 邱經理
地址：深圳市龍華新區民治大道809號展濤科技大樓C座1079室