运算放大器的输出电压计算

因为晶体管放大器之前已经分析过MOSFET电路增益的计算，输出电阻，输入电阻的计算，还有频率特性。 想要设计一个各项指标满足要求的放大电路，比较复杂。

如何对一个特定的信号进行微积分运算? 如何对多个信号进行加减计算? 这些都是在模拟电路中经常遇到的问题。 而运算放大器可能就是你解决这类问题的最佳选择。

运算放大器是一个集成器件，它是由许多晶体管构成的。 从外部特性来看，运算放大器是由三个信号端口和两个电源端口的组成的器件。 它由两个具有高输入电阻的电压信号输入端和一个低输出电阻的电压信号输出端，以及两个正负电源端。

在课本中，运算放大器的输出电压等于两个输入端电压之差乘以一个的增益A0，Vout=A0(Vin1-Vin2)。 也就是说，课本上把运算放大器定为一个增益非常大的差分放大器，这样的定义在我看来不是完美的。

根据运放输出电压的公式Vout=A0(Vin1-Vin2)，只要输入端口之间存在细微的电压差，输出电压就会持续飙升至极限。 这样的结果不是我们想要的。

为了是运放工作在正常状态下，我们就必须引入反馈电阻，使得输出的电压可以影响输入。 如下图所示。

正向输入的放大器，Case1是假设A0趋于无穷大，要求Vout是正向输入的放大器，Case1是假设A0趋于无穷大，要求Vout是常量，那么Vin1-Vin2就趋于无穷小，Vin1和Vin2近似相等，也可以理解为“虚短”。 可以计算出Vout/Vin=1+R1/R2。 Case2是假设A0不是无穷大，图中X点处的电压VX。 从而计算出闭环增益Vout/Vin。 计算思路比较简单。 主要是围绕Vout=A0(Vin1-Vin2)这个公式进行计算。

反向输入的放大器，Case1是假设A0趋于无穷大，要求Vout是正向输入的放大器，Case1是假设A0趋于无穷大，要求Vout是常量，那么Vin1-Vin2就趋于无穷小，Vin1和Vin2近似相等，也可以理解为“虚短”。 可以计算出Vout/Vin=1+R1/R2。 Case2是假设A0不是无穷大，图中X点处的电压VX。 从而计算出闭环增益Vout/Vin。 计算思路比较简单。 主要是围绕Vout=A0(Vin1-Vin2)这个公式进行计算。

运算放大器经常在没有任何引脚接地，并且正负电源不对称的情况下工作。 例如，提供给运算放大器的正电源是+5V，负电源是-3V。 此时的运放可以正常工作。 可以说明，运放在正常工作的时候是不需要知道GND的位置。 需要值得注意的是，运放输出端的抬升和降低都会受到电源的限制。 运放的供电一般具有两种方式，单电源和双电源，单电源是指运放的一个电源端接正电压，另一个接地。 双电源指运放的一个接正电压，另一个接负电压。 不同的供电方式给运放带来了不同的频率特性和输入输出范围。 但是我们经常把正负信号省略不画在图纸上，但是需要稍加分析进行区分。

运算放大器的两个重要特性：

任何正负输入点之间的细小误差都会被输出经过反馈电阻补偿掉。 这就导致运算放大器始终处于两个输入端电压相等的状态。 我们称为虚短路状态。 但是由于反馈电阻的存在，电流输入端的电流变化并不会引起该端电压的变化。

虚断是由于运放的输入电阻 Rin 趋于无穷大，

需要值得注意的是：“虚短”不是运放本身的特性，而是深度负反馈导致的必然结果。