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首先我们学习运算放大器的几个基本比例运算电路

一，反向比例运算电路

接在同向输入端P和地之间的R'，就是补偿电阻

主要原因就是集成运放的输入极是差分放大电路，为了保证差分放大电路输入端外接电阻的对称性，需要加个补偿电阻，这样才能提高计算精度

想要构成运算，必须引入负反馈

输出电压置零如果反馈回路仍然存在就是电流反馈，反馈回路与输入端接在同一端相当于并联反馈，接在不同端就是串联反馈

并联负反馈减小输入电阻，电压负反馈减小输出电阻

接下来去求补偿电阻的阻值，将输入和输出端都接地，看此时同向输入端和反向输入端的电阻

让两个相等即可

为什么我们希望反向比例运算电路的输入电阻比较大：

场景 1：Rin 选很小，比如 1kΩ

信号源过来，后面相当于接了一个 1kΩ 的电阻到虚地（相当于接地）。 会从信号源身上抽走很大的电流。 信号源自己有内阻，一有大电流流过，内阻上面就会分压。 👉真正送到运放的信号电压，直接被压低了，信号就不准了。

举个生活化例子： 电源（信号源）接一个很小的电阻到地，相当于直接接近短路，电源电压直接被拉低。

场景 2：Rin 选大一点，比如 10kΩ

电阻大，回路里面电流就很小。 几乎不从前面的信号源 “抢电流”。 信号源的电压就可以完整送到运放这边，信号不会被衰减。

✅所以：Rin 大一点，输入阻抗就大，吃电流小，不祸害前级信号。

输入电阻能无限大吗-不能

反相放大倍数：增益 = - Rf / Rin如果你想要放大 10 倍。

• Rin=10k，那 Rf 就得等于 100k。
• 如果你 Rin 干到 1000k（1M），那 Rf 就要 10M。

为了解决输入电阻大时，Rf也大的问题，我们采用T型网络反向比例运算电路

二、同向比例运算电路与电压跟随器

下面来讲一下直流电压采样电路

输入端利用两个电阻，对输入电压进行分压，输入为48V，通过欧姆定律计算出一个合适的耐压值，将分压值给单片机

注意这里电阻选型精度要高，为百分之一，精度越高，采样的精度就越高

输入进来后经过C36100nf可以滤掉一些高频杂波，也可以稳定输入到同向端的电压

之后再经过R42电阻到达同向端，为什么要加这个电阻，当我这边的VDC异常升高，可以利用R42起到限流的作用，保护运放的同向端

输出端也可能输出一个很高的脉冲，若没有R43起限流保护作用，也可以损坏运放反向输入端

中间那些运放组成的电路，有什么作用，我们来看一下

如果中间那部分没有，直接让ADC连接分压节点，会导致阻抗不匹配问题

所以这个运接成电压跟随器（电压缓冲，同相跟随），核心解决阻抗不匹配的问题。

左边分压电阻：R38=240k，R41=20k，都是大阻值电阻分压网络输出阻抗很高

单片机 ADC 的输入内部有采样电容，ADC 是有输入阻抗要求的。

如果直接把高阻抗分压信号直接接到 ADC 引脚：ADC 内部采样电容采集的时候，会从分压电阻取电流。

分压网络输出电阻太大，给 ADC 采样电容充放电速度慢，会造成采样不准、读数抖动、误差大。

运放跟随器的特点：

同相输入端输入阻抗极高，几乎不从前面分压电路抽取电流，分压的输出电压不会被拉偏，分压算出来的电压就准确。

运放输出阻抗极低，输出端可以轻松给后面 ADC 的采样电容快速充放电，ADC 采样可以快速建立稳定电压，采样结果准确。

此外，运放除了解决阻抗不匹配的问题

他还能实现隔离的作用，假如这块板子上有PWM，I2C,SPI，或者有以太网这些高频的时钟信号，这些时钟信号可能会反向过来影响我的ADC采样

我运放端的地都用AGND，单片机的地用DGND，把我的数字地和模拟地利用运放隔离开来，数字地就不会影响我的模拟保证精度

下面讲解一下电流采样电路

我们知道，ADC采样是无法采集电流的，需要将电流值转为电压值

我们可以在负载回路里，串联一个检流电阻，将电路中的电流值转为精密检流电阻两端的电压值

利用精密电阻两端的电压差除以电阻值就可以得到电流值

根据检流电阻的位置，还可以分为低边电流采样和高边电流采样

假定电流为1A，那么RS1两端的电压就为25mv，把25mv的电压给到同向比例放大器，根据电路参数得到放大倍数为21倍，计算得到放大后的电压VOUTA值为0.525V

把放大后的电压输送给电压跟随器+INB，电压跟随其有高输入阻抗和低输出阻抗的特性，实现信号的缓冲

最后把电压输送给单片机，这里的继电器是用来进行切换高低边电流检测的

高边电流检测电路如上，根据芯片手册放大倍数为20，假设电流为1A，RS2两端电压差为25mv

那么放大后的信号就为0.5V，然后再将放大后的信号输入给电压跟随器，最后将信号输送给单片机

对于高边电流检测需要考虑共模电压范围，这里AD8418范围为-2V---+70V

通过计算可以得到实际的电流值

高边额外增加了高共模运放，相比于低边，成本高电路也复杂了

但是低边检测会引入地电平干扰，在大电流的时候非常显著，也无法检测负载对地短路

而高边检测电路可以判断负载对地短路故障，也不需要考虑地电平干扰，安全性更高

因此低边电流检测适合用于低成本消费电子

高边适合用于高安全性，高可靠新场景，需要实时检测短路或异常电流的场景

在一些运放的反馈回路上面的电阻会并联一个电容，这个电容有什么用呢

该电容是相位补偿电容，可以防止自激振荡，抑制高频噪声

运放的负反馈电路产生自激振荡的幅值条件是环路放大倍数大于1，相位条件是放大路径和反馈路径的相位和等于(2n+1)Π

这个振荡的本质就是负反馈由于某些原因，负反馈变为了正反馈，即使没有输入信号，也会有稳定的信号输出

输出信号的相位是滞后输入信号的，输出与输入的最大相位差是-90°

输出信号的相位是超前输入信号的，输出与输入最大的相位差是90°

对于标准的放大电路，由纯电阻组成，相位差不会超过正负180°，也就不会产生自激振荡

但是实际电路运放输入一般存在电容，输出引脚存在负载电容与输出电阻

会存在一个频率使得输入信号与输出信号的相位差为-180°，满足相位要求的负反馈自激振荡

特别当输出电容Ci比较大的时候，更容易产生

当反馈电阻并联上一个电容后，该电容可以起到相位超前补偿的作用，减小了上面由于输入电容和负载电阻导致的相位滞后使得反馈环路相位差小于-180°，从而破坏了负反馈产生自激振荡的相位条件

当输入端瞬间有个高电压输入，如果是同向端输入，输出也会有个同向的输出，反馈到运放的反向输入端，由于电容两端电压不能突变，运放的负端也会有一个瞬间的高电压，两者抵消，抑制干扰