芯耀
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學習運算放大器（運放）電路，是每一個電子工程入門者繞不開的關鍵步驟。本篇文章我們將用最通俗的語言、最詳細的分析、最直觀的配圖，帶你全面理解六類最常見的運放電路設計原理，包括同相放大、反相放大、跟隨器、T型放大、加法電路和檢流電路。
一、同相放大電路：高輸入阻抗的信號放大方案
同相放大電路是運放應用的基礎電路之一，其核心在于利用運放的?“虛短”?和?“虛斷”?特性。
“虛短” 指的是運放正負輸入端電壓近似相等（U?≈U?），這是因為運放的理想放大倍數(shù)極高（如 10 萬倍），輸入壓差經放大后需維持在有限輸出范圍內（如 3V 或 5V），從而迫使輸入端電壓接近相等?！疤摂唷?則是由于運放輸入內阻無窮大，輸入端電流近似為 0，可視為斷開。
結合圖 1，通過 “虛短” 和 “虛斷” 及歐姆定律，可推導出同相放大電路的輸出公式：Uout = U?×(1+R?/Rf)。這表明輸出電壓與輸入電壓同相，且放大倍數(shù)由外接電阻 R?和 Rf 決定。
實際設計中需注意：反饋電阻 Rf 阻值不宜大于 300K，否則反饋支路電流過小易受干擾；電路電阻需選用 1% 精度的器件以保證穩(wěn)定性。同相放大電路的優(yōu)點是對輸入信號源要求低，可適配大內阻信號源；但缺點是抗干擾能力較弱，且盲目追求高放大倍數(shù)（如加大 Rf、減小 Ra）可能因信號源帶載能力不足導致輸出波形失真（見圖 2、圖 3）。
二、反相放大電路：信號反相放大與閾值調節(jié)
反相放大電路的特點是輸入與輸出信號相位相反，如圖 4 所示。在正負電源供電條件下，根據 “虛斷” 可知運放反相輸入端電壓 U?=0V，結合 “虛短” 可得 U?=U?=0V，進而推導出輸出公式：Uout = -Ui×(Rf/Ra)。
反相放大電路在實際應用中可用于 “抬高閾值電路”。如圖 6 所示，通過在電路中引入直流偏置電壓（如 2.5V），可在放大交流信號的同時調整輸出電平范圍。該電路的優(yōu)勢在于信號源輸出電流能力強、抗干擾能力突出；但缺點是對信號源要求較高，需信號源提供較大電流（見圖 5、圖 6）。
三、運放跟隨電路：高保真的信號緩沖器
運放跟隨電路是同相放大電路的特殊形式（放大倍數(shù)為 1），如圖 7所示。其工作原理基于負反饋調節(jié)：假設初始輸出為 0，通過反饋環(huán)路調整輸入端壓差，最終使輸出電壓近似等于輸入電壓（Uout≈Ui）。
設計要點：反饋電阻 Rf（通常取 100Ω 或 10kΩ 以下）用于破壞振蕩，避免引腳直接相連引發(fā)電路振蕩。該電路的核心特性是輸出與輸入電壓相等，同時顯著增強帶載能力，常用于信號緩沖與阻抗匹配場景。
四、T 型放大電路：高放大倍數(shù)與抗干擾的平衡方案
當傳統(tǒng)反相放大電路的放大倍數(shù)無法滿足需求時，T 型放大電路（見圖 8）可作為優(yōu)化方案。其設計思路是將反饋電阻 Rf 拆分為 Rf1 和 Rf2，并引入電阻 Rc，通過分流增加反饋回路電流，在不降低抗干擾能力的前提下提升放大倍數(shù)。
通過復雜的公式推導（見圖 9、圖 10），最終放大倍數(shù)與 Rf1、Rf2 和 Rc 的組合相關。實際應用中，Rf1 最大可取 300K，Ra 最小取 10K，需避免因電阻取值不當導致信號源內阻分壓或帶載能力不足的問題。
五、運放加法電路：多信號混合處理的核心單元
運放加法電路可實現(xiàn)多路輸入信號的線性疊加，如圖 11 所示。計算思路采用 “單路獨立分析” 法：假設某一路輸入信號為有效信號，其余兩路接地，分別推導各路信號對輸出的貢獻，最后疊加得到總輸出。
無阻抗匹配時，輸出公式為：
Vout = (Vin1+Vin2+Vin3)×(1+Rf/R12)；當各路輸入電阻相等時，輸出為輸入信號平均值的放大結果（見圖 12）。該電路廣泛應用于音頻混音、傳感器信號融合等場景，但需注意阻抗匹配以減少信號失真。
六、運放檢流電路：電機電流監(jiān)測與過流保護的關鍵
運放檢流電路可實現(xiàn)對電流的雙向檢測，如圖 13 所示。
以 Ui 為正為例，通過二極管 D1 和 D2 的單向導通特性，結合電阻分壓原理，可將電流信號轉換為電壓信號。當 Ui 為負時，通過反饋回路計算得出輸出電壓與輸入電壓的關系：Uo2 = -Ui×(Rd/Ra)（見圖 14 - 圖 16）。
該電路常用于電機電流采樣、過流保護及功率因數(shù)校正（PFC）等場景，負反饋電阻上并聯(lián)的 pF 級電容用于相位補償，確保電路穩(wěn)定性。
總結：運放設計的核心原則與實戰(zhàn)建議
理解 “虛短”“虛斷” 本質：這是分析運放電路的基礎，所有公式推導均基于此。
電阻選型與精度：反饋電阻阻值避免超過 300K，優(yōu)先選用 1% 精度電阻以保證性能。
電源與偏置設計：根據信號特性選擇單電源或雙電源供電，合理設置直流偏置避免信號失真。
抗干擾與穩(wěn)定性：合理布局電路板，避免長導線引入干擾；通過相位補償電容（如檢流電路）抑制振蕩。
通過掌握上述典型電路的原理與設計要點，結合實際項目需求靈活調整參數(shù)，即可逐步掌握運放電路的實戰(zhàn)設計技巧。后續(xù)將持續(xù)更新更多運放應用案例，歡迎關注交流
