一、背景介绍
运算放大器作为电子电路中的重要组件，其工作原理对于电路设计和分析具有关键意义。接下来的内容将为您详细梳理运算放大器的基本工作原理及相关的计算常识。
二、运放基本原理及常用计算知识
理想运算放大器的工作机制如图所示，它具备两个差分输入端u+和u-，以及一个单端输出端uo。这三者之间的关系中，Auo代表运放的开环电压增益。
根据运放的工作原理，我们可以得出以下公式：
uo = Auo × (u+ - u-)
理想运放具有以下显著特点：
1. 电压增益Auo极为巨大，可以视为无穷大，其下限截止频率为0，上限截止频率则趋向于无穷大。
2. 两个输入端均拥有极其高输入阻抗，这意味着流入或流出的电流极接近于0。
3. 输出端的输出电阻接近于0。
基于这些特点，衍生出两个非常重要的概念，即“虚短”和“虚断”。这两个概念在运放工作在线性区时经常用到，需牢记于心。
a. 虚短的概念
由公式uo = Auo × (u+ - u-)可知，当开环增益趋于无穷大时，u+和u-之间的差异变得极小，近乎于短路。然而在实际情况中并非真正短路，因此称之为“虚短”。这一概念在后续的计算中常常用到。
b. 虚断的概念
由于运放输入端的阻抗极大，导致流经的电流极小，近乎于0，这使得输入端看起来像是断开了，但实际上并未断开，因此称其为“虚断”。
三、原理的实际应用
有了以上的基础知识，再来看第一张图。在图中的U3部分，根据“虚短”的概念，3脚和2脚的电势相等。而3脚作为输入，6脚作为输出，且6脚与2脚相连，因此输入与输出电势相等。所以U3通常被称为电压跟随器。
对于U4 A部分，由于其处于开环状态，并未工作在运放的线性区，因此不需要使用“虚短”和“虚断”的概念来分析。但它具有极大的放大倍数，工作在两个极端之间，为运放的供电电源和地线提供了参考。在实际应用中，这种器件常被称作比较器。
至于U8 A部分，这是一个带有反馈的运放。这里我们可以使用“虚短”和“虚断”的概念来进行分析。根据“虚短”，2脚和3脚的电势相等。由于3脚与地线相连，因此2脚的电势为0。而“虚断”则表明流入2脚的电流为0。流过R12和R13的电流是相等的。据此可以推导出Uo与Ui之间的关系。