學(xué)習(xí)運(yùn)算放大器（運(yùn)放）電路，是每一個(gè)電子工程入門者繞不開的關(guān)鍵步驟。本篇文章我們將用最通俗的語言、最詳細(xì)的分析、最直觀的配圖，帶你全面理解六類最常見的運(yùn)放電路設(shè)計(jì)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(hào)放大方案

同相放大電路是運(yùn)放應(yīng)用的基礎(chǔ)電路之一，其核心在于利用運(yùn)放的?“虛短”?和?“虛斷”?特性。

“虛短” 指的是運(yùn)放正負(fù)輸入端電壓近似相等（U?≈U?），這是因?yàn)檫\(yùn)放的理想放大倍數(shù)極高（如 10 萬倍），輸入壓差經(jīng)放大后需維持在有限輸出范圍內(nèi)（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(yùn)放輸入內(nèi)阻無窮大，輸入端電流近似為 0，可視為斷開。

結(jié)合圖 1，通過 “虛短” 和 “虛斷” 及歐姆定律，可推導(dǎo)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(shí)際設(shè)計(jì)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(diǎn)是對(duì)輸入信號(hào)源要求低，可適配大內(nèi)阻信號(hào)源；但缺點(diǎn)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(hào)源帶載能力不足導(dǎo)致輸出波形失真（見圖 2、圖 3）。

二、反相放大電路：信號(hào)反相放大與閾值調(diào)節(jié)

反相放大電路的特點(diǎn)是輸入與輸出信號(hào)相位相反，如圖 4 所示。在正負(fù)電源供電條件下，根據(jù) “虛斷” 可知運(yùn)放反相輸入端電壓 U?=0V，結(jié)合 “虛短” 可得 U?=U?=0V，進(jìn)而推導(dǎo)出輸出公式：Uout = -Ui×(Rf/Ra)。

反相放大電路在實(shí)際應(yīng)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(hào)的同時(shí)調(diào)整輸出電平范圍。該電路的優(yōu)勢(shì)在于信號(hào)源輸出電流能力強(qiáng)、抗干擾能力突出；但缺點(diǎn)是對(duì)信號(hào)源要求較高，需信號(hào)源提供較大電流（見圖 5、圖 6）。

三、運(yùn)放跟隨電路：高保真的信號(hào)緩沖器

運(yùn)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(fù)反饋調(diào)節(jié)：假設(shè)初始輸出為 0，通過反饋環(huán)路調(diào)整輸入端壓差，最終使輸出電壓近似等于輸入電壓（Uout≈Ui）。

設(shè)計(jì)要點(diǎn)：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(shí)顯著增強(qiáng)帶載能力，常用于信號(hào)緩沖與阻抗匹配場(chǎng)景。

四、T 型放大電路：高放大倍數(shù)與抗干擾的平衡方案

當(dāng)傳統(tǒng)反相放大電路的放大倍數(shù)無法滿足需求時(shí)，T 型放大電路（見圖 8）可作為優(yōu)化方案。其設(shè)計(jì)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(fù)雜的公式推導(dǎo)（見圖 9、圖 10），最終放大倍數(shù)與 Rf1、Rf2 和 Rc 的組合相關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中，Rf1 最大可取 300K，Ra 最小取 10K，需避免因電阻取值不當(dāng)導(dǎo)致信號(hào)源內(nèi)阻分壓或帶載能力不足的問題。

五、運(yùn)放加法電路：多信號(hào)混合處理的核心單元

運(yùn)放加法電路可實(shí)現(xiàn)多路輸入信號(hào)的線性疊加，如圖 11 所示。計(jì)算思路采用 “單路獨(dú)立分析” 法：假設(shè)某一路輸入信號(hào)為有效信號(hào)，其余兩路接地，分別推導(dǎo)各路信號(hào)對(duì)輸出的貢獻(xiàn)，最后疊加得到總輸出。

無阻抗匹配時(shí)，輸出公式為：

Vout = (Vin1+Vin2+Vin3)×(1+Rf/R12)；當(dāng)各路輸入電阻相等時(shí)，輸出為輸入信號(hào)平均值的放大結(jié)果（見圖 12）。該電路廣泛應(yīng)用于音頻混音、傳感器信號(hào)融合等場(chǎng)景，但需注意阻抗匹配以減少信號(hào)失真。

六、運(yùn)放檢流電路：電機(jī)電流監(jiān)測(cè)與過流保護(hù)的關(guān)鍵

運(yùn)放檢流電路可實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的雙向檢測(cè)，如圖 13 所示。

以 Ui 為正為例，通過二極管 D1 和 D2 的單向?qū)ㄌ匦?，結(jié)合電阻分壓原理，可將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。當(dāng) Ui 為負(fù)時(shí)，通過反饋回路計(jì)算得出輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系：Uo2 = -Ui×(Rd/Ra)（見圖 14 - 圖 16）。

該電路常用于電機(jī)電流采樣、過流保護(hù)及功率因數(shù)校正（PFC）等場(chǎng)景，負(fù)反饋電阻上并聯(lián)的 pF 級(jí)電容用于相位補(bǔ)償，確保電路穩(wěn)定性。

總結(jié)：運(yùn)放設(shè)計(jì)的核心原則與實(shí)戰(zhàn)建議

理解 “虛短”“虛斷” 本質(zhì)：這是分析運(yùn)放電路的基礎(chǔ)，所有公式推導(dǎo)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(shè)計(jì)：根據(jù)信號(hào)特性選擇單電源或雙電源供電，合理設(shè)置直流偏置避免信號(hào)失真。

抗干擾與穩(wěn)定性：合理布局電路板，避免長(zhǎng)導(dǎo)線引入干擾；通過相位補(bǔ)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(shè)計(jì)要點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目需求靈活調(diào)整參數(shù)，即可逐步掌握運(yùn)放電路的實(shí)戰(zhàn)設(shè)計(jì)技巧。后續(xù)將持續(xù)更新更多運(yùn)放應(yīng)用案例，歡迎關(guān)注交流