芯耀
7487
学习运算放大器（运放）电路，是每一个电子工程入门者绕不开的关键步骤。本篇文章我们将用最通俗的语言、最详细的分析、最直观的配图，带你全面理解六类最常见的运放电路设计原理，包括同相放大、反相放大、跟随器、T型放大、加法电路和检流电路。
一、同相放大电路：高输入阻抗的信号放大方案
同相放大电路是运放应用的基础电路之一，其核心在于利用运放的 “虚短” 和 “虚断” 特性。
“虚短” 指的是运放正负输入端电压近似相等（U₁≈U₂），这是因为运放的理想放大倍数极高（如 10 万倍），输入压差经放大后需维持在有限输出范围内（如 3V 或 5V），从而迫使输入端电压接近相等。“虚断” 则是由于运放输入内阻无穷大，输入端电流近似为 0，可视为断开。
结合图 1，通过 “虚短” 和 “虚断” 及欧姆定律，可推导出同相放大电路的输出公式：Uout = U₁×(1+R₂/Rf)。这表明输出电压与输入电压同相，且放大倍数由外接电阻 R₂和 Rf 决定。
实际设计中需注意：反馈电阻 Rf 阻值不宜大于 300K，否则反馈支路电流过小易受干扰；电路电阻需选用 1% 精度的器件以保证稳定性。同相放大电路的优点是对输入信号源要求低，可适配大内阻信号源；但缺点是抗干扰能力较弱，且盲目追求高放大倍数（如加大 Rf、减小 Ra）可能因信号源带载能力不足导致输出波形失真（见图 2、图 3）。
二、反相放大电路：信号反相放大与阈值调节
反相放大电路的特点是输入与输出信号相位相反，如图 4 所示。在正负电源供电条件下，根据 “虚断” 可知运放反相输入端电压 U₂=0V，结合 “虚短” 可得 U₁=U₂=0V，进而推导出输出公式：Uout = -Ui×(Rf/Ra)。
反相放大电路在实际应用中可用于 “抬高阈值电路”。如图 6 所示，通过在电路中引入直流偏置电压（如 2.5V），可在放大交流信号的同时调整输出电平范围。该电路的优势在于信号源输出电流能力强、抗干扰能力突出；但缺点是对信号源要求较高，需信号源提供较大电流（见图 5、图 6）。
三、运放跟随电路：高保真的信号缓冲器
运放跟随电路是同相放大电路的特殊形式（放大倍数为 1），如图 7所示。其工作原理基于负反馈调节：假设初始输出为 0，通过反馈环路调整输入端压差，最终使输出电压近似等于输入电压（Uout≈Ui）。
设计要点：反馈电阻 Rf（通常取 100Ω 或 10kΩ 以下）用于破坏振荡，避免引脚直接相连引发电路振荡。该电路的核心特性是输出与输入电压相等，同时显著增强带载能力，常用于信号缓冲与阻抗匹配场景。
四、T 型放大电路：高放大倍数与抗干扰的平衡方案
当传统反相放大电路的放大倍数无法满足需求时，T 型放大电路（见图 8）可作为优化方案。其设计思路是将反馈电阻 Rf 拆分为 Rf1 和 Rf2，并引入电阻 Rc，通过分流增加反馈回路电流，在不降低抗干扰能力的前提下提升放大倍数。
通过复杂的公式推导（见图 9、图 10），最终放大倍数与 Rf1、Rf2 和 Rc 的组合相关。实际应用中，Rf1 最大可取 300K，Ra 最小取 10K，需避免因电阻取值不当导致信号源内阻分压或带载能力不足的问题。
五、运放加法电路：多信号混合处理的核心单元
运放加法电路可实现多路输入信号的线性叠加，如图 11 所示。计算思路采用 “单路独立分析” 法：假设某一路输入信号为有效信号，其余两路接地，分别推导各路信号对输出的贡献，最后叠加得到总输出。
无阻抗匹配时，输出公式为：
Vout = (Vin1+Vin2+Vin3)×(1+Rf/R12)；当各路输入电阻相等时，输出为输入信号平均值的放大结果（见图 12）。该电路广泛应用于音频混音、传感器信号融合等场景，但需注意阻抗匹配以减少信号失真。
六、运放检流电路：电机电流监测与过流保护的关键
运放检流电路可实现对电流的双向检测，如图 13 所示。
以 Ui 为正为例，通过二极管 D1 和 D2 的单向导通特性，结合电阻分压原理，可将电流信号转换为电压信号。当 Ui 为负时，通过反馈回路计算得出输出电压与输入电压的关系：Uo2 = -Ui×(Rd/Ra)（见图 14 - 图 16）。
该电路常用于电机电流采样、过流保护及功率因数校正（PFC）等场景，负反馈电阻上并联的 pF 级电容用于相位补偿，确保电路稳定性。
总结：运放设计的核心原则与实战建议
理解 “虚短”“虚断” 本质：这是分析运放电路的基础，所有公式推导均基于此。
电阻选型与精度：反馈电阻阻值避免超过 300K，优先选用 1% 精度电阻以保证性能。
电源与偏置设计：根据信号特性选择单电源或双电源供电，合理设置直流偏置避免信号失真。
抗干扰与稳定性：合理布局电路板，避免长导线引入干扰；通过相位补偿电容（如检流电路）抑制振荡。
通过掌握上述典型电路的原理与设计要点，结合实际项目需求灵活调整参数，即可逐步掌握运放电路的实战设计技巧。后续将持续更新更多运放应用案例，欢迎关注交流
