十大基本运算放大器电路

运算放大器 (op amp) 是线性器件，具备几乎理想的直流放大所需的所有特性，因此广泛用于信号调理或滤波，或用于执行加法、减法、积分和微分等数学运算。本文旨在为电子设计新手展示10个基础电路，并为工程师们提供知识的温习。

1. 电压跟随器

最基本的电路是电压缓冲器，因为它不需要任何外部组件。由于电压输出等于电压输入，学生可能会感到困惑，并怀疑这种电路是否有任何实际应用。

该电路允许创建非常高阻抗的输入和低阻抗的输出。这对于在两个组件之间进行逻辑电平接口或当电源基于分压器时非常有用。下图基于分压器，电路无法工作。确实，负载阻抗可以有很大变化，因此V_out电压可能会发生显著变化，特别是如果负载阻抗的值与R2的大小相同。

为了解决这个问题，在负载和分压器之间插入了一个放大器（见下图）。因此，输出电压取决于 R1 和 R2，而不依赖于负载值。

正如名称所示，运算放大器的主要目标是放大信号。例如，传感器的输出必须被放大，以便ADC能够测量该信号。

2. 反相运算放大器

在此配置中，输出通过电阻 (R2) 反馈到负输入或反相输入。输入信号通过电阻 (R1) 施加到这个反相引脚。

正极引脚连接到地。

这在 R1 和 R2 相等的特殊情况下尤为明显。这种配置可以产生与输入互补的信号，因为输出与输入信号完全相反。

由于负号，输出和输入信号相位相反。如果两个信号必须同相，则使用非反相放大器。

3. 非反相运算放大器

该配置与反相运算放大器非常相似。对于非反相运算放大器，输入电压直接施加到非反相引脚上，反馈回路的末端连接到地。

这些配置允许对一个信号进行放大。可以通过使用求和放大器来放大多个信号。

4. 非反相求和放大器

要加上2个电压，只需在非反相运算放大器电路的正极上添加2个电阻。

值得注意的是，增加多个电压并不是一个很灵活的解决方案。实际上，如果添加第三个电压并使用完全相同的电阻器，公式将是 V_s = 2/3 (V₁ + V₂ + V₃)。

电阻需要更改才能得到 V_s = V₁ + V₂ + V₃，或者第二种选择是使用反向求和放大器。

5. 反相求和放大器

通过在反相运算放大器电路的反相输入引脚上并联电阻，所有电压都被求和。

与非反相求和放大器不同，可以在不改变电阻值的情况下添加任意数量的电压。

6. 差分放大器

反相运算放大器（见电路编号2）放大了施加在反相端子上的电压，输出电压相位相反。在此配置中，非反相端子连接到地。

如果通过电压分压器在非反相端施加电压来修改上述电路，我们最终得到的将是一个差分放大器，如下所示。

放大器不仅因为它可以让你添加、减去或比较电压而有用。许多电路允许您修改信号。让我们来看一些最基本的。

7. 集成商

方波非常容易生成，例如只需切换单片机的GPIO。如果电路需要三角波形，比较好的方法是积分方波信号。如下面所示，使用运算放大器、反相反馈路径上的电容以及输入反相引脚上的电阻，输入信号就被积分。

注意，电阻通常与电容器并联以处理饱和问题。实际上，如果输入信号是非常低频的正弦波，电容器就像一个开路，阻挡反馈电压。此时，放大器就像一个普通的开环放大器，具有非常高的开环增益，导致放大器饱和。由于电容器并联了一个电阻，电路表现得像一个低频的反相放大器，从而避免了饱和。

8. 运算放大器微分器

差分器通过交换电容器和电阻器，类似于积分器工作。

迄今为止展示的所有配置。

9. 转换器电流 – 电压

光电探测器将光转换为电流。要将电流转换为电压，可以使用一个简单的电路，其中包含一个运算放大器、一个通过电阻在非反相输入端的反馈回路，以及连接在两个输入引脚之间的二极管，您可以得到一个与光电二极管产生的电流成比例的输出电压，这由光的特性所决定。

上述电路应用欧姆定律，基本公式为：电压等于电阻乘以电流。电阻单位是欧姆，且始终为正值。但得益于运算放大器，可以设计出负电阻！

10. 负电阻

反相引脚的反馈使输出电压成为输入电压的两倍。由于输出电压总是高于输入电压，通过非反相引脚的 R1 电阻进行的正反馈模拟了一种负电阻。

最后，带有运算放大器的电路不一定会修改输入信号，而是像峰值检测放大器一样记录信号。

另请参见：峰值探测器运算放大器

电容器用作存储器。当非反相输入端的输入电压高于反相输入端（即电容器两端的电压）的电压时，放大器进入饱和状态，二极管导通并为电容器充电。假设电容器没有快速自放电，当输入电压Ve低于电容器两端的电压时，二极管被阻断。因此，电容器记录了峰值电压。

有许多运算放大器的电路可用，但理解这10个基本电路可以让你轻松学习更复杂的电路。