浅谈集成运放及典型运放电路

集成运放是一个多级电路，内部极其复杂，通常在电路设计中我们只需要掌握集成运放的相关特性即可，内部的具体电路无需过度考虑，学习了解集成运放的特性，我们可以通过一些典型的运放电路分析来了解它们的相关特性。

在分析运放电路之前，我们要先了解两个重要概念：虚短和虚断。

虚短的概念：

理想的运放电路正常工作时，同相端的电位V+与反向端的V-近似相等，但实际上两端并没有短接，所以称这种关系叫虚短。可以进一步引出虚地的概念，如图,同向端接地，导致反向端具有地电位，但方向端没有接地，这就是虚地。

虚断的概念：

理想的运放电路正常工作时，输入电阻无穷，输入电流就近似为0。两端上都没有电流，但实际上两个输入端是连接着的，这就是虚断的概念。如下图，根据虚断的概念，可以算电流关系：I1=Ii+I2 I1≈I2(Ii≈0)

在了解完虚短和虚断两个概念后，我们再进一步通过运放电路来了解集成运放的相关特性。

反相比例运放：

从图中可以看到该电路的结构特点：

·信号反向端输入，输出电压Vout与输入电压Vi之间存在反相位关系

·R2是反馈电阻，其作用是引入深度负反馈来稳定电路的工作

·R3是平衡电阻，用来维持集成运放输入级差分电路对称性能，通常R3=R1//R2

由虚短概念：V- ≈ V+=0

由虚断概念: i1 ≈ i2

由电位关系: i1=（Vi-V-)/R1 = Vi/R1

i2=（V- -Vo)/R2 = -Vo/R2

Vi/R1 = -Vo/R2

Vo = -(R2/R1)Vi

同相比例运放：

从图中可以看到该电路的结构特点：

·信号同相端输入，输出电压Vout与输入电压Vi之间存在同相位关系

·输入信号通过一个分压电路加到同向端，图中R3和R4同相端没有电流

由虚短概念：V- ≈ V+

由虚断概念: i1 ≈ i2

由电位关系: i1=（V- -0)/R1 = V+/R1

i2=（Vo -V-)/R2 = (Vo-V+)/R2

V+/R1 = (Vo-V+)/R2

Vo = (1+R2/R1)V+

由V+=(R4/(R3+R4))Vi

有 Vo=(1+R2/R1)(R4/(R3+R4))Vi

电压跟随器：

从图中可以看到该电路的结构特点：

·信号同相端输入

·反相输入端与输出端用导线连接。

由虚短概念可以得到电路输入输出关系：

Vo = V- ≈V+ = Vi

Vo = Vi

电压跟随器在电路中的作用，只是跟随性能会更好、隔离效果更好（输入电阻更小）、带负载能力更强（输出电阻更小）。

电压比较器

如图是一个同相电压比较器，参考电压VREF连接在运放反相端，外加信号Vi从同相端输入。旁边是理想状态下电路的电压传输特性，可以看到，当Vi > VREF时，电路输出正饱和电压VOH，当Vi < VREF时，电路输出负饱和电压VOL。当然，也可以把输入信号和参考电压的连接关系交换，就构成了反相电压比较器，当然，电压传输特性也相反。

总结：信号的基本运放还有很多，包括加法、减法、乘法、积分、还有微分等，就不再一一进行介绍，构成信号运算和处理电路的核心器件就是集成运算放大器，所以，学好它们的每一个运放特性在以后的电路设计中都至关重要。