本文引用来源： http://www.eepw.com.cn/article/201603/287846.htm
运算放大器构成的电路各种各样，令人眼花缭乱，是模拟电路学习的重点。 在分析其结构时，如果没有抓住核心，脑袋就容易变大。 了解天下运算放大器电路的应用，制作“庖丁解牛”，希望从事电路板维修的各位，看后能有所收获。
浏览所有模拟电子技术书籍和课程，在介绍运算放大器电路时，首先不仅要给电路定性的东西。 例如，这是同向放大器，然后导出其输出与输入之间的关系，Vo=(1 Rf ) Vi，它是反向放大器，然后输出Vo=0-Rf*Vi。 最后，学生容易给人一种记住公式就可以了的印象。 如果我们稍微改变电路，他们就找不到北了！ 我面试过至少100多名大专以上学历的电子专业申请者。 结果，能很好地分析我发出的运算放大器电路的没有超过10人。 其他专业毕业更值得考虑。
今天，芯片级的维护已经教授给了各位战无不胜的两招。 这两个把戏都写得很清楚。就是“虚短”和“虚断”，但要想将其投入使用，还需要很深的基础。
虚短和虚断的概念
运算放大器的电压放大倍数非常大，因此一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数在80 dB以上。 运算放大器的输出电压有限，一般为10 V~14 V。 因此，运算放大器的差动输入电压小于1 mV，两个输入端大致为同电位，相当于“短路”。 开环电压的放大率越大，两个输入端的电位越相等。
所谓“虚短”，就是在运算放大器处于线性状态时，可以将两个输入端视为等电位的特性称为虚短路，简称为虚短。 很明显，两个输入端子不能真正短路。
运算放大器差动模式的输入电阻较大，因此一般通用型运算放大器的输入电阻为1m以上。 因此，流过运算放大器输入端子的电流往往小于1uA，远远小于输入端子以外的电路的电流。 因此，通常将运算放大器的两个输入端视为开路，输入电阻越大，两个输入端越接近开路。 “虚断”是指分析运算处于线性状态时，可以将两输入端视为等效开放的特性，这一特性称为虚假开放，简称虚断。 显然不能实际切断两个输入端子。
在分析运算放大器电路的工作原理时，首先请大家暂时忘记什么同向放大、反向放大、什么加法器、减法器、什么差动输入、它们的输入输出关系的公式。 这些东东会干扰你，让你更加混乱； 暂时也请忽略输入偏置电流、共模抑制比、偏置电压等电路参数。 这是设计师会考虑的。 我们理解的是理想的放大器。 (实际上，在维护或大部分设计过程中，将实际放大器作为理想放大器进行分析也没有问题。
那么，抓住了“板斧”——“虚短”和两根“虚断”，开始了“庖丁解牛”。
图一运算放大器的同向端子接地=0V，与反向端子同向端子虚短，因此也为0V。 假设反向输入端子的输入电阻高、虚断、几乎没有电流的注入和流出，则R1和R2串联连接，流过一个串联电路内各元件的电流相同。 即，流过R1的电流和流过作为流过R2的电流的流过R1的电流I1=(VI-V-)/R1 ……a流过a的电流I2=(v-- vout )/R2 ……b V-=V =0 ……c I1=I2 ……d上
图中的Vi和V-虚较短的话，Vi=V- ……a因为虚断开，所以反向输入端没有电流的输入输出，通过R1和R2的电流相等。 如果将该电流设为I，则根据欧姆定律，I=vout/(R1R2)…BVI成为R2上的分压，即VI=I*R2
在图三中，虚短知： V-=V =0 ……a从虚断和基尔霍夫定律中已知，通过R2和R1的电流之和等于通过R3的电流，因此(v1v-)/R1 (v2R1 )
由于图四虚断，如果运算放大器的同向端没有电流流过，则流过R1和R2的电流相等，流过R4和R3的电流也相等。 因此，(v1v )/R1=(V1-V )/R2……A ) voutv-)/R3=V-/R4 ……b为虚短知) V=V-……
…c 如果R1=R2，R3=R4，则由以上式子可以推导出 V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2 也是一个加法器，呵呵！图五由虚断知，通过R1的电流等于通过R2的电流，同理通过R4的电流等于R3的电流，故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2 ……a (V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ……b 如果R1=R2， 则V+ = V2/2 ……c 如果R3=R4， 则V- = (Vout + V1)/2 ……d 由虚短知 V+ = V- ……e 所以 Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了。
图六电路中，由虚短知，反向输入端的电压与同向端相等，由虚断知，通过R1的电流与通过C1的电流相等。通过R1的电流 i=V1/R1 通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了。若V1为恒定电压U，则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间，则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。
图七中由虚断知，通过电容C1和电阻R2的电流是相等的，由虚短知，运放同向端与反向端电压是相等的。则： Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt 这是一个微分电路。如果V1是一个突然加入的直流电压，则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。
图八.由虚短知 Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b 由虚断知，运放输入端没有电流流过，则R1、R2、R3可视为串联，通过每一个电阻的电流是相同的， 电流I=(Vx-Vy)/R2 ……c 则： Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 ……d 由虚断知，流过R6与流过R7的电流相等,若R6=R7， 则Vw = Vo2/2 ……e 同理若R4=R5，则Vout – Vu = Vu – Vo1，故Vu = (Vout+Vo1)/2 ……f 由虚短知，Vu = Vw ……g 由efg得 Vout = Vo2 – Vo1 ……h 由dh得 Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，此值确定了差值(Vy –Vx)的放大倍数。这个电路就是传说中的差分放大电路了。
分析一个大家接触得较多的电路。很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流，电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号，图九就是这样一个典型电路。如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1，在R1上会产生0.4~2V的电压差。由虚断知，运放输入端没有电流流过，则流过R3和R5的电流相等，流过R2和R4的电流相等。故： (V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b 由虚短知： Vx = Vy ……c 电流从0~20mA变化，则V1 = V2 + (0.4~2) ……d 由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e 如果R3=R2，R4=R5，则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f 图九中R4/R2=22k/10k=2.2，则f式Vout = -(0.88~4.4)V，即是说，将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压，此电压可以送ADC去处理。
电流可以转换成电压，电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直接反馈，而是串联了三极管Q1的发射结，大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路，虚短虚断的规律仍然是符合的！ 由虚断知，运放输入端没有电流流过， 则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a 同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b 由虚短知 V1 = V2 ……c 如果R2=R6，R4=R5，则由abc式得V3-V4=Vi 上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等，则通过R7的电流I=Vi/R7，如果负载RL<<100KΩ，则通过Rl和通过R7的电流基本相同。
来一个复杂的，呵呵！图十一是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线径、长度完全相同的线，接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用，静态分析时可不予理会，Z1、Z2、Z3可视为短路，D11、D12、D83及各电容可视为开路。由电阻分压知， V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ……a 由虚短知，U8B第6、7脚 电压和第5脚电压相等 V4=V3 ……b 由虚断知，U8A第2脚没有电流流过，则流过R18和R19上的电流相等。 (V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18 ……c 由虚断知，U8A第3脚没有电流流过， V1=V7 ……d 在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联，PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚， V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) …..e 由虚短知，U8A第3脚和第2脚电压相等， V1=V2 ……f 由abcdef得， (V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得 V5=(102.2*V7-100V3)/2.2 即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11 ……g 上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22，加至U8C的第10脚，由虚断知， V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ……a (V6-V10)/R25=V10/R26 ……b 由虚短知， V10=V5 ……c 由式abc得 V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ……h 由式gh组成的方程组知，如果测出V5、V6的值，就可算出Rx及R0，知道Rx，查pt100分度表就知道温度的大小了。