运放电路设计的黄金法则：8种经典电路拆解

一、虚短虚断的本质条件

运放的"虚短"（两个输入端电压相等）和"虚断"（输入端无电流流入）并不是无条件成立的。这两个特性仅在工作在线性区且存在深度负反馈时成立——这是所有电路分析的前提。例如在比较器电路中，运放处于开环状态，此时虚短特性就会完全失效。

​二、基础电路核心原理

1. 反相放大器
   输入信号通过R2接入反相端，输出电压经R3负反馈。虚短特性使反相端电压为0V，虚断特性保证电流连续：
   Vin/R2 = -Vout/R3 → Vout = -(R3/R2)Vin
   该电路常用于传感器信号调理，输入阻抗由R2决定（典型值1-100kΩ）。

2. 同相放大器
   信号直连同相端，R2/R3构成负反馈网络。虚短使反相端电压等于Vin：
   (Vout-Vin)/R3 = Vin/R2 → Vout = (1+R3/R2)Vin
   优势在于输入阻抗可达1GΩ（LM358实测数据），适合高阻抗信号源。

3. 加法电路
   多路输入信号在反相端叠加。当R1=R2=R3时实现精确加法：
   Vout = -(V1 + V2)
   关键点：各输入通道的电阻精度需达0.1%，否则会产生通道间串扰。工业控制中常用此电路实现多传感器信号融合。

4. 积分电路
   电容C1替代反馈电阻，形成时间相关响应：
   Vout = -(1/R2C1)∫Vin dt
   实际应用中需并联1MΩ电阻防止积分漂移，医疗设备心电信号处理常用此电路。

5. 微分电路
   电容前置实现电压变化率检测：
   Vout = -R2C1(dVin/dt)
   必须注意高频噪声放大问题，通常在前端加10kΩ电阻和100pF电容组成低通滤波。

三、进阶应用电路
6. 差分放大电路
当R1=R3且R2=R4时：
Vout = (R2/R1)(V1-V2)
共模抑制比（CMRR）取决于电阻匹配度，采用0.1%精度电阻时CMRR可达80dB。工业现场4-20mA信号传输依赖此电路消除共模干扰。

1. 电流检测电路
   0-20mA电流在采样电阻R1产生压降，通过两级运放实现精密转换：
   Vout = (0.88-4.4)V对应4-20mA输入
   关键设计：R5/R4比值决定放大倍数，需选用低温漂金属膜电阻。捷配PCB推荐采用4层板设计，隔离数字与模拟区域。

2. 电压-电流转换
   利用三极管扩展输出能力：
   Iout = Vin/R6
   当R6=250Ω时，0-5V输入对应0-20mA输出。特别注意Q1的功耗计算，需保证β值大于100且Vce电压降不超过1V。

四、设计避坑指南

1. 负反馈电阻不宜超过1MΩ，否则漏电流会导致零点漂移

2. 单电源供电时需设置虚地电压（VCC/2），建议用TLE2426芯片生成

3. 高速运放（如AD811）必须做阻抗匹配，传输线效应会引发振荡

4. 多级电路级联时，每级增益建议控制在40dB以内