十大基本运算放大器电路

运算放大器（op amp）是线性器件，具有几乎理想的直流放大特性，因此被广泛用于信号调理、滤波，或用于执行诸如加法、减法、积分和微分等数学运算。本文的目的是为电子设计的初学者提供10个基础电路，同时也为工程师们唤起尘封的记忆。

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元件。由于电压输出等于电压输入，学生们可能会感到困惑，并想知道这种电路是否有任何实际应用。

该电路可以实现一个非常高阻抗的输入和低阻抗的输出。这在对两组元件之间的逻辑电平进行接口连接或当电源基于分压器时非常有用。下图基于一个分压器设计，但该电路无法正常工作。实际上，负载阻抗可能会有很大的变化，因此 V_out 电压可能会发生显著变化，尤其是当负载阻抗的数值与 R2 在同一个量级时。

为了解决这个问题，在负载和分压器之间插入一个放大器（见下图）。因此，Vout 取决于 R1 和 R2，而不是负载值。

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

2. 反相运算放大器

在此配置中，输出通过一个电阻（R2）反馈到负极或反向输入端。输入信号通过一个电阻（R1）施加到该反向引脚。

正极引脚连接到地。

这在 R1 和 R2 相等的特殊情况下显而易见。这种配置允许生成一个与输入信号互补的信号，因为输出信号正好与输入信号相反。

由于负号的原因，输出信号和输入信号是反相的。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。通过使用求和放大器，可以对多个信号进行放大。

4. 非反相求和放大器

要叠加两个电压，只需在正端引脚上添加两个电阻至非反相运算放大器电路。

值得注意的是，增加多个电压并不是一个非常灵活的解决方案。事实上，如果在完全相同的电阻情况下再增加一个第三个电压，那么公式将变为 V_s = 2/3 (V₁ + V₂ + V₃)。

需要更改电阻以实现 V_s = V₁ + V₂ + V₃，或者第二种选择是使用反向求和放大器。

5. 反向求和放大器

通过在反相运算放大器电路的反相输入引脚上并联电阻，所有电压被求和。

与非反相求和放大器不同，可以在不更改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（参见电路编号2）放大施加在反相引脚上的电压，并且输出电压与输入电压相位相反。在此配置中，非反相引脚连接到接地。

如果通过在非反相端使用分压器施加电压来修改上述电路，我们最终会得到如下所示的差分放大器。

放大器的用途不仅仅在于它可以让你增加、减少或比较电压。许多电路都可以用来修改信号。让我们来看看最基本的那些。

7. 集成器

方波非常容易生成，例如只需切换微控制器的GPIO即可。如果电路需要一个三角波形，一个好的方法就是将方波信号进行积分。利用一个运算放大器、反向反馈路径上的电容以及输入反相引脚上的电阻（如下所示），即可对输入信号进行积分。

请注意，电阻器通常与电容器并联连接，以解决饱和问题。事实上，如果输入信号是一个非常低频的正弦波，电容器会表现为开路并阻塞反馈电压。这时，放大器就像一个正常的开环放大器，其开环增益非常高，从而导致放大器饱和。多亏了与电容器并联的电阻器，该电路在低频下表现得像一个反相放大器，从而避免了饱和现象。

8. 运算放大器微分器

微分器通过交换电容器和电阻器，与积分器的工作方式类似。

迄今为止展示的所有配置。

9. 转换器电流 – 电压

光电探测器将光转化为电流。为了将电流转化为电压，一个简单的电路就可以完成：使用运算放大器、通过反馈电阻器连接至非反相输入端，并将二极管连接在两个输入引脚之间。这样可以得到一个与光电二极管产生的电流成正比的输出电压，这由光的特性所决定。

上述电路应用了欧姆定律，其基本公式是：电压等于电阻乘以电流。电阻的单位是欧姆，并且始终为正值。但由于运算放大器的作用，可以设计出负电阻！

10. 负电阻

反相引脚上的反馈使输出电压成为输入电压的两倍。由于输出电压始终高于输入电压，通过非反相引脚上的 R1 电阻的正反馈模拟了一个负电阻。

最后，一个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那样记录信号。

另外：峰值检测运算放大器

电容器被用作存储器。当非反向输入端的输入电压高于反向输入端的电压（即电容器两端的电压）时，放大器进入饱和状态，二极管正向导通并为电容器充电。假设电容器没有快速的自放电现象，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，多亏了电容器，峰值电压得以记录。

使用运算放大器可以实现更多电路，但了解这10个基础电路能够让您更轻松地学习更复杂的电路。