常規放大電路和差分放大電路
1、常規放大電路#
這里暫時不討論放大電路的工作原理，直接使用放大器的虛短（短路）和虛斷（斷路）性質來分析這一類電路，之所以在前面加個虛字，是因為放大器的兩端並不是真正的短路或斷路。如下圖所示，虛短：UP=UN，虛斷：IP=0; IN=0。無論放大器接在何種電路中，這兩個式子都是成立的。
圖2 放大器性質
虛短、虛斷是模擬電路中理想集成運放的兩個重要概念。由於運放的電壓放大倍數很大，一般通用型運算放大器的開環電壓放大倍數都在80dB以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在10V～14V。因此運放的差模輸入電壓不足1mV，兩輸入端近似等電位，相當於“短路”。開環電壓放大倍數越大，兩輸入端的電位越接近相等。
虛短
虛短指在理想情況下，兩個輸入端的電位相等，就好像兩個輸入端短接在一起，但事實上並沒有短接，稱為“虛短”。虛短的必要條件是運放引入深度負反饋（有負反饋電阻）。集成運放的線性應用時，可近似地認為uN-uP=0，uN=uP時，即反相與同相輸入端之間相當於短路，故稱虛假短路，簡稱 “虛 短”。“虛短”是指在分析運算放大器處於線性狀態時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。
虛斷
虛斷指在理想情況下，流入集成運算放大器輸入端電流為零。這是由於理想運算放大器的輸入電阻無限大，就好像運放兩個輸入端之間開路。但事實上並沒有開路，稱為“虛斷”。當兩個輸入端的輸入電流為零，即iN=iP=0時，可認為反相與同相輸入端之間相當於斷路，稱為虛假斷路，簡稱“虛斷”。
由於運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠小於輸入端外電路的電流。故通常可把運放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路。
對於深度負反饋條件下，放大電路的輸入端 “虛短” 與 輸入端 “虛斷” 是同時存在的。
1.1、電壓跟隨器#
電壓跟隨，聽名字應該就能想到，它的作用就是輸出電壓Uo應該是隨着輸入電壓Ui變化而變化的（Uo=Ui），如下圖所示，由上面講到的虛短性質，很容易得到Ui=Up=Un=Uo。有人會疑問，直接把Ui接到Uo，豈不是更加方便，要這個做什么。這個就要看電路需求而定了。電壓跟隨器的作用一般是起到隔離的作用，輸入的電流太大的話，也不影響到輸出的電流。
圖3 電壓跟隨器電路圖
1.2、電壓放大電路#
說了這么多，也沒有看到放大器起到放大的作用，那么它是如下做到放大的電壓作用的呢，且看下面這個電路。
圖4 電壓放大電路
從圖4可以看到電路將輸入電壓放大了-3倍，這個負號來源，在圖4中的公式推導已經說得很明白了。充分利用虛短和虛斷的性質，加上外接電路，可以實現放大電壓的功能（當然也可以縮小電壓）。這個電路有一個小小的問題，就是它放大電壓后有一個負號，平時我們要的都是輸出電壓與輸入電壓同符號，那么如何做到輸出電壓與同向呢，其實也很容易，且看下面電路圖5。它的放大倍數也很好計算，元器件沒有比上面多。但是這里又引是入一個新的問題，從下圖4的公式推導中，可以明顯看到，Uo/Ui>1，那么在我們需要將電壓值縮小的場合，這個電路將不再適用。
圖5 電壓同向放大電路
那么如何做到同向的任一放大倍數的電路呢，也並不難，又請看下方圖6電路。電路中多了兩個電阻，成本並不會增加多少。由圖6中推導的公式，如果R1+R2=R3+R4，那么放大倍數Uo/Ui=R4/R1,這個電阻阻值大小是完全可以做到任意選擇的。在實際電路的設計過程中，通常令R1=R3，R2=R4,這樣可以使R1+R2=R3+R4成立，同時也能夠很清晰地記住這個電路的放大倍數即為：Uo/Ui=R2/R1。
圖6 電壓同向任一放大倍數電路
2、差分放大電路#
上面講到的所有放大電路都有一個明顯的特點，就是它們只是放大某一個電勢點，另一個電勢點是默認接地的。而有時我們需要放大電壓的兩端電勢沒有一個接地的，那么這個時候，上述所有放大電路將不再適用。我文章一開頭提到的采樣步進電機電流，就是這種情況，這個時候就是差分放大電路登場的時間了。
圖7 差分放大電路
在使用差分放大電路時，有一點需要特別地注意，不僅|k*(U1-U2)|<15（最好是小於13V左右，取得比較好的效果），而且Un與Up應該也要小於15v，否則放大不會工作在線性區，導致電路非正常工作。
心得總結#
關於放大電路的更加深刻的工作原理，比如虛短虛斷的性質是如何來的，還沒有去更加深入的研究（雖然在本科期間學習過，但現在還是忘了），另外當圖4中的放大器負輸入端接地，而正輸入端接輸入電壓，無法得到想要的放大效果，也就是放大器的正負輸入端倒底有何區別，還沒有很明白，是后要學習的內容。