一、操作放大器内部结构

集成操作放大器（以下简称集成操作放大器）是一种高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。它有多种类型，电路不同，但结构有共同点，如下图所示。

图中输入级一般为由BJT、JFET或MOSFET由差动放大电路组成的对称特性可以提高整个电路的共模抑制比等性能，其两个输人端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。电压放大级的主要功能是提高电压增益，可由一级或多级放大电路组成。

输出级一般由电压跟踪器或互补电压跟踪器组成，以降低输出电阻，提高负载能力。偏置电路是为各级提供适当的工作电流。还有一些辅助环节。如电平移动电路、过载保护电路、高频补偿电路等。

常规运输符号和创意原理符号

从常规运输符号来看，除输入输出三个端子外，正常工作时还需要供电两个端子，这样，运输电路实际上是一个五端元件。输入端 、-标记是基于两个输入端和OUT规定端相互影响的电压变化趋势，若令IN 端接地(或施加固定不变之电压)，信号从IN-当输入电压升高时，输出电压降低，呈反相关系，为反相放大器；相反，当信号从IN 端进入时，输入电压与输出电压变化同步，为同相放大器。

将三角形内部的输出级移出，即成为图中的b电路。典型的运输电路供电电压为±15V，输出级电路为NPN和PNP由三极管组成的电压互补放大器，Q1的c极接 15V，Q2的c极接－15V。±15V公共场所供电( 15V电源的负端是信号地(即0V基准)，之后指的是输入电压和输出电压，都指的是信号。为了图片简洁，省略了前电路的供电。根据b图分析以下原理。

让我们从比较特性开始，规定输入端IN 、IN-与输出级Q1、Q2对应关系：

IN 对应Q1，当IN 》IN-时，Q1导通，使OUT输出电压往 15V上靠拢；

IN－对应Q2，当IN－》IN 时，Q2导通，使OUT输出电压-15V上靠拢。

当运放电路处于开环状态时，因其放大倍数无穷大之故，只要IN－和IN 之间有轻微的电位差，其输出电压要么接近 15V，要么接近-15V。输出只有高低电平，没有其他结果，说明开环时，运放变成了比较器身份，离开了放大器区域。

二、操作放大器原理图解

1.经典电路图运算放大器的工作原理

图1计算放大器的同向端接地=0V，反向端和同向端，所以也是0V，反向输入端输入电阻高，断裂，几乎没有电流注入和流出R1和R2相当于串联，流过串联电路中每个组件的电流相同，即流过R电流和流过R电流相同。流过R1的电流I1=(Vi-V-)/R1……a流过R2的电流I2=(V--Vout)/R2……bV-=V =0……cI1=I2……d解释上述初中代数方程Vout=(-R2/R1)*Vi这就是传说中反向放大器的输入输出关系。

2.操作放大器工作原理经典电路图2

图二中Vi与V-虚短，则Vi=V-……a由于虚拟断裂，反向输入端没有电流输入输出R1和R2.电流相等，设置此电流为I，欧姆定律：I=Vout/(R1 R2)……bVi等于R2上分压，即：Vi=I*R2……c由abc式得Vout=Vi*(R1 R2)/R这是传说中同向放大器的公式。

3.操作放大器工作原理经典电路图3

由虚短知：V-=V =0……a通过虚断和基尔霍夫定律知识R2与R1的电流之和等于通过R3的电流，故(V1–V-)/R1 (V2–V-)/R2=(V- -Vout)/R3……b代入a式，b式变为V1/R1 V2/R2=Vout/R3如果取R1=R2=R三、上式变成Vout=V1 V2，这是传说中的加法器。

4.计算放大器工作原理经典电路图4

因为虚断，运算放大器同向端没有电流流过，则流过R1和R2电流相等，同样流过R4和R电流也相等。故(V1–V )/R1=(V -V2)/R2……a(Vout–V-)/R3=V-/R4……b由虚短知：V =V-……c如果R1=R2，R3=R4.以上公式可以推导出V =(V1 V2)/2V-=Vout/2故Vout=V1 V也是加法器，呵呵！

5.计算放大器工作原理经典电路图5

图五由虚断知通过R电流等于通过R同样通过2的电流R4的电流等于R3的电流，故有(V2–V )/R1=V /R2……a(V1–V-)/R4=(V--Vout)/R3……b如果R1=R2，则V =V2/2……c如果R3=R4，则V-=(Vout V1)/2……d由虚短知V =V-……e所以Vout=V2-V这是传说中的减法器。

6.计算放大器工作原理经典电路图6

在图6电路中，运算放大器的虚短知，反向输入端的电压等于同向端，虚断知，通过R电流及通过C电流相等。通过R1的电流i=V1/R1通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt所以Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt输出电压与输入电压与时间积分成正比，这是传说中的积分电路。若V1为恒定电压U，上式变换为Vout=-U*t/(R1*C1)t是时间，则Vout输出电压是根据时间变化从0到负电源电压的直线。

7.操作放大器工作原理经典电路图7

图7中通过电容虚断知道C1和电阻R2.电流相等，由虚短知操作放大器同向端和反向端电压相等。Vout=-i*R2=-(R2*C1)dV1/dt若为微分电路。V一是突然加入的直流电压，输出Vout对应一个方向和V相反的脉冲。

8.经典电路图运算放大器的工作原理

由虚短知Vx=V1……aVy=V2……b由虚断知，如果操作放大器输入端没有电流，R1、R2、R3可视为串联，每个电阻的电流相同，电流相同I=(Vx-Vy)/R2……c则：Vo1-Vo2=I*(R1 R2 R3)=(Vx-Vy)(R1 R2 R3)/R2……d由虚断知，流过R6与流过R如果R6=R7，则Vw=Vo2/2……e同理若R4=R5，则Vout–Vu=Vu–Vo1，故Vu=(Vout Vo1)/2……f由虚短知，Vu=Vw……g由efg得Vout=Vo2–Vo1……h由dh得Vout=(Vy–Vx)(R1 R2 R3)/R2上式中(R1 R2 R3)/R2.这个值确定了差值(Vy–Vx)放大倍数。这个电路是传说中的差异放大电路。

9.操作放大器工作原理经典电路图9

许多控制器从各种检测仪器中接受0~20mA或4~20mA电流，电路将电流转换为电压，然后发送ADC图九转换成数字信号就是这样一个典型的电路。如图4~20mA电流通过采样100Ω电阻R1，在R1上会产生0.4~2V的电压差。由虚断知，如果操作放大器输入端没有电流流过，则流过R3和R5.电流，流过R2和R电流相等。故：(V2-Vy)/R3=Vy/R5……a(V1-Vx)/R2=(Vx-Vout)/R4……b由虚短知：Vx=Vy……c电流从0~20mA变化，则V1=V2 (0.4~2)……d由cdb式得代入式(V2 (0.4~2)-Vy)/R2=(Vy-Vout)/R4……e如果R3=R2，R4=R5，则由e-a得Vout=-(0.4~2)R4/R2……f图九中R4/R2=22k/10k=2.2，则f式Vout=-(0.88~4.4)V，即是说，将4~20mA电流转换为-0.88~-4.4V这个电压可以发送ADC去处理。

1.运算放大器工作原理经典电路图十

电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！

由虚断知，运算放大器输入端没有电流流过，

则(Vi–V1)/R2=(V1–V4)/R6……a

同理(V3–V2)/R5=V2/R4……b

由虚短知V1=V2……c

如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得V3-V4=V

上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL《《100KΩ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。

内容整理自网络

卧龙会IT技术圈，卧虎藏龙，IT高手汇聚！欢迎加入我们的头条圈子，每月都邀请资深大枷来给大家分享知识讲座直播！

7月7日，我们讲座来了，运用HFSS软件讲解《传输线理论在高速PCB设计领域的应用 》进入下面圈子看精华内容