关于运算放大电路的基础知识

运放这个词既熟悉又陌生，既简单有不简单，说它熟悉，是因为它的应用非常广泛，经常听说它，说它陌生，是因为运放内部的电路结构非常复杂，很难搞清楚。说它简单，因为在设计运放电路时，可以避免晶体管电路的复杂参数计算，说它不简单，因为很多时候运放并不理想，若按理想运放来设计电路，会导致结果错误。

1、什么是运放

运放是运算放大器的简称。可以实现各种模拟电量的数学运算。但它不是用来做计算器上的加减乘除运算，而是在模拟信号处理过程中，可能需要将信号进行放大、加减乘除、积分、微分等操作。

①、运放的电路符号是：

pin 2、3为信号输入、pin 4、7为电源输入、pin 6为信号输出。

②、输入输出关系：Uo = A * （Up-Un），A为运放的放大倍数，这个数值非常非常大，近似为无穷大，Up与Un几乎相等。Uo，Up，Un为正常的数值。这个表达式初看太奇怪了，但是它确实那么的有用，大大简化了电路的设计，后面会慢慢解释。

③、最重要的性质：“虚短”和“虚断”

虚短：因为上面表达式中Up与Un几乎相等，所以pin 2、3近似短路，但不是真的短路，所以叫虚短。虚断：pin 2、3的输入阻抗非常大，至少在1Mohm。所以可以认为Pin2、3上的输入电流为零，所以叫虚断。

2、反相比例运放电路

只要记住Uo = A * （Up-Un）和“虚短”、“虚断”，理想运放的电路都能看懂。这里先不要纠结为什么会是这样，有机会后面会介绍。这里先介绍一个最简单的运放电路：反相比例放大电路。

反相比例运放电路原理图

①、根据虚断原理，运放输入端的两个管脚输入电流为零，所以不管R4阻值是多少，都有Up=0；②、根据虚短原理，Un=Up，所以Un也等于零。③、根据基尔霍夫定理就可以求出：Uo=-Rf/R1 * Ui

反相比例运放仿真结果

④、理论上，R2和RL的阻值不会影响放大倍数，但是实际的运放需要设计R2=R1 || Rf，因为这样一来，运放的同相端和反相端往外看的阻抗才一样大。⑤、从仿真结果可以看出反向比例放大器的输出与输入波形ui是精确的5倍的关系。

3、总结

理想运放如此简单，我们根本不需要了解运放里面的东西，不需要像三极管那样考虑它到底工作在哪个区，不需要考虑密勒效应，输入输出阻抗等等，只需要用电阻分压的方法就能得到想要的精确的放大倍数。用起来简单，性能又好，这是运放广泛应用的重要原因。