常用运放电路-编程阁

一：运放核心基础

1.核心定律

虚断：运放两个输入端的输入电流≈0（相当于开路，电流只走反馈电阻）。

虚短：运放线性区（有负反馈）时，同相端电压≈反相端电压（V+ = V-，相当于短路）。

前提：必须有负反馈（输出通过电阻接回反相端），否则运放进入饱和区（做比较器），虚短虚断失效。

2.同相 / 反相输入核心区别

特性	同相输入（运放+ 端）	反相输入（运放- 端）
相位关系	输出与输入同相位（输入升，输出同步升）	输出与输入反相位（输入升，输出反降，相位差 180°）
输入阻抗	极高（几乎不从被测电路取电流）	由反馈电阻决定（中等）
增益范围	始终≥1（只能放大 / 跟随，无法衰减）	可 > 1（放大）、<1（衰减）、=1（跟随）
典型应用	小信号放大、电压跟随、缓冲隔离	高压衰减、加法 / 减法运算、反相放大

二：五类最常用运放电路（含公式、特点、应用）

1. 电压跟随器（同相输入的特例）

电路结构：同相端接输入VIN，反相端直接接输出VOUT，100% 负反馈，无额外反馈电阻。

核心公式：VOUT=VIN(Av=1)（Av为增益）

公式推导：负反馈结构，满足虚短虚断，因此VOUT=V-=V+。

电路特点：增益 = 1，输出 = 输入，纯缓冲电路；输入阻抗极高，输出阻抗极低，完美隔离前后级；单电源（正极接电源，负极接地）轨到轨运放可实现 0V~VDD 全范围跟随。

典型应用：高阻抗传感器信号缓冲、万用表直通档、ADC 输入隔离、分压电路缓冲。

2.同向比例放大器

电路结构：同相端接输入VIN，反相端接R1（接地）+Rf（反馈到输出），负反馈结构，满足虚短虚断。

核心公式：VOUT=VIN×(1+Rf/Rf1)，增益A_v = 1 + Rf/R1，始终≥1，只能放大 / 跟随。

公式推导：负反馈结构，满足虚短虚断，因此V-=V+=VIN,（V-－0）/R1=(VOUT-V-)/Rf(电流相等且都等于0），也可根据分压原理直接推得：VOUT*R1/(R1+Rf)=V-=V+=VIN。

电路特点：输入阻抗极高，不影响被测电路；输出与输入同相位；单电源供电时，可放大 0V 附近小信号（轨到轨运放）。

典型应用：万用表低压放大档、传感器小信号放大、信号调理。

3.反相比例放大器

电路结构：反相端接输入VIN（串联R1），同相端接地，反相端接Rf（反馈到输出）；负反馈结构，满足虚短虚断。

核心公式：VOUT=−VIN×Rf/R1，增益A_v = -Rf/R1，负号表示反相位，绝对值可 > 1（放大）、<1（衰减）、=1（反相跟随）。

公式推导：负反馈结构，满足虚短虚断，因此V-=V+=GND,(V-－VIN)/R1=(VOUT-V-)/Rf（电流相等且都等于0）。

核心特点：输出与输入反相位；输入阻抗由R1决定（中等）；单电源供电时，无法处理 0V 附近小信号（需加偏置）。

典型应用：万用表高压衰减档、反相放大、信号反相、加法运算。

4.标准差分放大器

电路结构：反相端接VIN1（串联R1），同相端接VIN2（串联R2）反相端接Rf1（反馈到输出），同相端接Rf2（平衡电阻接地）电阻对称：R1=R2=R，Rf1=Rf2=Rf。

核心公式:VOUT=Rf/R×(VIN2−VIN1)

公式推导：负反馈结构，满足虚短虚断，因此(VIN1-V-)/R1=(V-－VOUT)/Rf1，解得V-=(VIN1*Rf1/R1+VOUT)/(1=Rf1/R1),同时(VIN2-V+)/R2=（V+-0)/Rf2，解得V+=VIN2*Rf2/R2/(1+Rf2/R2),代入V-=V+且R1=R2=R，Rf1=Rf2=Rf，得VOUT=(VIN2-VIN1)*Rf/R。

核心特点：高共模抑制比，抑制共模干扰；输入阻抗中等，需双电源。

典型应用：工业差分信号采集、传感器差分信号放大、噪声抑制。

5.带偏置的差分放大器（单电源供电）

电路结构：反相端接VIN1（串联R1），同相端接VIN2（串联R2);反相端接Rf1（反馈到输出），同相端接Rf2（接VREF）;电阻对称：R1=R2=R，Rf1=Rf2=Rf。

核心公式：VOUT=(VIN2−VIN1)*Rf/R+VREF

公式推导：负反馈结构，满足虚短虚断，推导过程与标准差分相同。

核心特点：单电源适配，解决单电源运放 0V 死区问题；高共模抑制比，抗干扰能力强。

典型应用：万用表高压测量、单电源差分信号采集、工业电压监测。

三：同相并联三运放差分电路

电路结构：如图所示，其中电阻关系为，R11=R21,R12=R22,R1=R2,Rf1=Rf2。

核心公式:VOUT=(VIN+-VIN-)*R12/(R11+R12)*Rf/R+VREF

公式推导：左边两个运放皆为电压跟随运放，根据分压法可得出:VOUA=((VIN-－VREF)*R12/(R11+R12))+VREF,同理得，VOUB=((VIN+-VREF)*R22/(R21+R22))+VREF，右边为一个偏置差分运放电路，代入公式VOUT=(VIN2−VIN1)*Rf/R+VREF=(VOUB−VOUA)*Rf/R+VREF，将VOUB、VOUA代入上述公式将电阻关系R11=R21,R12=R22代入公式解得最终公式为VOUT=(VIN+-VIN-)*R12/(R11+R12)*Rf/R+VREF。

注意：左边两运放的同相端皆为双电源供电，参考电压不为0，因此在计算分压时要加上参考电压。

核心特点：输入阻抗极高；差分结构，抗共模干扰强；单电源友好；精度高；安全适配高压测量。

典型应用：万用表电压测量。