运算放大器（Operational Amplifier，简称运放）是一种高增益的差分放大器集成电路，其基本运作原理可以归纳为以下几点：

1. 核心结构

• 差分输入：运放有两个输入端——同相输入端（+，V+）和反相输入端（-，V-），以及一个输出端（Vout）。
• 高增益特性：开环增益（A₀）极大（理想情况下为无穷大），实际运放可达数万至数百万倍。
• 高输入阻抗：输入端几乎不吸收电流（理想运放输入阻抗为无穷大）。
• 低输出阻抗：输出端可驱动负载（理想运放输出阻抗为零）。

2. 理想运放的核心假设

在分析运放线性应用时（如放大器、滤波器等），通常基于以下理想化条件：

1. 虚短（Virtual Short）：负反馈作用下，两输入端电压差趋近于零，即 V+ ≈ V-。
2. 虚断（Virtual Open）：输入端电流趋近于零，即 I+ = I- ≈ 0。

3. 工作原理（线性工作区）

当运放处于负反馈闭环配置时（如反相/同相放大器）：

• 反馈网络：通过电阻、电容等元件将输出信号的一部分返回到反相输入端，形成闭环控制。
• 虚短效应：负反馈迫使两输入端电压自动调整到接近相等，使运放工作在线性区（而非饱和）。
• 放大关系：输出电压与输入电压的关系由外部反馈网络决定，而非运放自身的开环增益。

4. 典型电路示例

反相放大器

• 结构：输入信号通过电阻连接到反相端，反馈电阻连接输出端和反相端，同相端接地。
• 增益公式：( V_{out} = -\frac{Rf}{R{in}} \cdot V_{in} )（负号表示反相）。

同相放大器

• 结构：输入信号直接接入同相端，反馈网络连接输出端和反相端。
• 增益公式：( V_{out} = \left(1 + \frac{Rf}{R{in}}\right) \cdot V_{in} )。

5. 非线性工作区（开环或正反馈）

• 当运放处于开环或正反馈时（如比较器），输出电压会迅速饱和至电源电压（( V{CC} )或( V{EE} )），此时：
  • 若 V+ > V-，输出为高电平（接近( V_{CC} )）；
  • 若 V+ < V-，输出为低电平（接近( V_{EE} )）。

总结

运放的核心是通过负反馈控制将极高开环增益转化为稳定的闭环增益，其行为由外部电路决定。虚短和虚断是分析线性应用的关键工具，而饱和特性则用于非线性应用（如比较器、振荡器等）。实际设计中还需考虑带宽、压摆率、共模抑制比等非理想参数的影响。