復習一下電子設計基本元器件，運算放大器   ...... 矜辰所致

前言

最近在某個傳感器產品上面用到了運算放大器，然后在進行電路設計的時候遇到一些細節，還去翻閱筆記，查找了相關的資料。

運放作為電子設計的基礎元器件之一，在我的博文中還不曾來好好說明介紹一下，正好借此機會，我們從應用的角度來聊一聊運算放大器。

我是矜辰所致，全網同名，盡量用心寫好每一系列文章，不浮夸，不將就，認真對待學知識的我們，矜辰所致，金石為開！

一、運放基本說明

說到運放，在相關專業大學課本模擬電子技術一書中可是花費了很多章節來講述，但是實際上我回頭看了一遍課本…… 不太看得下去……

因為在講運放的開始模電書上就給你一張運放內部結構電路圖，類似下圖（書上的圖我沒特意去找）：

然后就開始各種理論分析了……

我們本文從應用的角度，為了讓大家能夠 快速的分析基本運放電路 的角度出發，來說明一下運算放大器的基本知識。

1.1 基本認識

先來點基本知識，這些應該都是書本上、網絡上的一些基本概要，走個過場 = =！。

基本的運算放大器如圖所示：

對運算放大器做一些基礎的說明（我都忘了以前從哪里抄下來的記在筆記本上的，反正走個過場，）：

1、引腳端口：

有兩個輸入端口：同相（+）輸入端 和 反向（-）輸入端，一個輸出端口，然后 2個 供電引腳。

2、信號輸入：

當輸入信號從 “-” 端口輸入放大器時，輸出端的輸出信號與輸入信號反相;

當輸入信號從 “+” 端口輸入放大器時，輸出端的輸出信號與輸入信號同相;

當兩個輸入端口同時輸入信號時，運算放大器實現減數運算，輸出信號與較大的一方同相。

3、理想運放：

一個理想的運算放大器必須具備下列特性（這些東西是理論東西，就算不懂這些名詞，也不影響后面我們會使用運放）：

無限大的 輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開環回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。

特別說明，本文的討論是基于 “理想的運算放大器”，并且是通用的運算放大器，特殊用途的不在此討論范圍。

下面開始的這些點，就是理解運放工作的要點了 ！！！

1.2 運放中的電流

先來說說運放工作時候的電流：

運放的輸入端是沒有電流流入或者流出的！！！！ 但是輸出端是可以經過電流的！！！

知道這一點是進行后面分析的基礎，要說為什么運放輸出端是沒有電流的，因為他有著無限大 的輸入阻抗。

輸出端的電流流向如下圖所示（電流通過正電源流向輸出，或者通過輸出流向負電源）：

輸出端的這些電流是由運放的供電端提供的，其實這里也可以稍微理解一下，為什么運放的輸出最大值不可能超過供電電源，輸出的最小值不可能低于負電源（ 電流是從電壓高的地方流向電壓低的地方 ）。

1.3 運放工作特性

運放 Vout 的公式：

Vout = 開環增益* ( Vin+ - Vin-)

.

開環增益你可以理解為運放本身的“放大倍數”，他是一個很大很大的值，理想運放這個值都是 無限大。

.

所以公式最后基本就是 Vout = 無限大 * 同向輸入端與反向輸入端的差值。

通過這個東西可以告訴我們一個運放的特性（要記住）：

假如運放的 正輸入端的電壓 高于 負輸入端的電壓 ，即便只高一點點，由于開環增益 無限大，所以他還是會產生他能夠輸出的最大正電壓 。

相反的，假如運放的 正輸入端的電壓 低于 負輸入端的電壓 ，所以他還是會產生他能夠輸出的最大負電壓 。

對于 負電源接 0V 的場合，那么他能產生的最大負電壓也只能是 0 V。

運放作為比較器的應用就是用到了運放的這種工作特性，我曾經寫過使用運放 作 比較器的文章，到時候也會來帶給發燒友的小伙伴！

二、負反饋

在運放電路中，我們經常聽到負反饋，什么是負反饋？ 為什么要引入負反饋？

2.1 什么是負反饋？

簡單來說，負反饋就是把輸出端的電壓，引入到 負輸入端的操作，如下圖：

上面 Vout 電壓通過 R1 電阻引入到 Vin- 端，形成了一個負反饋電路。

2.2 為什么要引入負反饋？負反饋電路分析

在上面我們介紹運放工作特性的時候知道，如果沒有反饋，那么運放好像只能用作比較器。這種輸入與輸出并不存在正常的數學運算的工作方式可能并不是我們想要的。

所以，我們想輸出一個穩定的可以計算的電壓，就需要引入負反饋，下面是一個最簡單的負反饋電路分析：

下面的分析還是基于上面的 1.3 小節 運放的工作特性，那個運放的工作特性是需要記住的重點！

只要記住了運放的工作特性，那么所有的反饋都可以以此為基礎進行分析。

我們舉一個簡單的例子：

上圖中已經給出了大部分分析， 分析的前提是基于 運放的輸入端沒有電流流入，和 運放的工作特性，正輸入端 與負輸入端在在穩定下來的電路中會基本相等。

上圖中繼續計算：

( 0 - Vout) / R1 = Vin- /R2

Vout = - (R1/ R2) * Vin-

這里我們只是舉了一個簡單的例子應用本文的理論知識進行說明計算，后續我應該會單獨寫一篇博文來記錄一下常用的運放電路分析。

2.3 正反饋

然后有的朋友還會有疑問，既然有負反饋，那么是不是也有正反饋？

正反饋肯定是有的，但是本文并不打算分析正反饋，我簡單的用幾句話說明一下：

負反饋降低了電路的放大能力，但能夠改善電路的放大性能，減小了波動，電路穩定性更好。

正反饋提高了電路的放大能力（可以自己根據運放特性想象一下）， 在正反饋中，輸入和輸出信號的相位相似，因此兩個信號相加，適用于振蕩電路中。

三、提一下虛短與虛斷

對于學習運放的朋友，看很多文章或者視頻，都會遇到 虛短與虛斷這兩個概念，很多的教學分析都是基于這兩個概念的，其實只要了解 運放的特性，是否對于這兩個概念自然就懂了。

虛短：

其實就是在分析反饋電路的時候，根據運放的特性我們可以知道，電路最后的穩定狀態，肯定是 Vin+ 基本等于 Vin- 的。

這種 Vin+ = Vin- ，在分析的時候就當成短路了一樣來分析，但又不是真正的短路，所以叫做虛短。

實際上記住運放的特性就明白了。

虛斷：

虛斷，其實也就指的是運放的輸入端沒有電流流入和流出。

就類似于電路斷開了就沒有電流了，所以分析的時候把兩個輸入端想象成斷開的，稱為虛斷。

其實只要知道運放的輸入阻抗非常非常高，這點也能很好的明白。

新手是否需要去記這個 虛短與虛斷 看個人把，但是通過本文的分析，你應該什么都能夠理解了 = =！

結語

本文使用了幾個簡單的幾個知識點，說明了一下如何去理解分析運放。

1、運放的輸入端是沒有電流流入或者流出的。

2、假如運放的 正輸入端的電壓 低于 負輸入端的電壓 ，他會產生他能夠輸出的最大負電壓 ；假如運放的 正輸入端的電壓 高于 負輸入端的電壓 ，他會產生他能夠輸出的最大正電壓 ；

如果能夠理解記住本文的內容，那么大家在以后遇到運放電路分析的時候是大大的有幫助的，有些東西沒必要死記硬背，了解運放的特性和工作原理，可以讓你在面對不同的運放電路時，都能夠得心應手。

當然，在實際應用中我們常用的運放電路也就那么一些，有時間我會單獨寫一篇博文應用本文的知識點進行分析。

好了，本文就到這里！ 謝謝大家！