运算放大器（Operational Amplifier，简称运放）是一种高增益、差分输入的电压放大器，其工作原理可以简要概括如下：

1. 核心特性

• 差分输入：有两个输入端——同相输入端（+）和反相输入端（−），输出信号与两输入端电压差成比例。
• 高开环增益：理想运放的开环增益（A_OL）为无穷大，实际运放可达10⁵~10⁶。
• 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：输出端可驱动较大负载（理想运放输出阻抗为0）。

2. 理想运放的“虚短”与“虚断”

在实际电路中，运放通常通过负反馈（输出信号回馈到反相输入端）工作，此时可近似认为：

• 虚短（Virtual Short）：两输入端电压差趋近于零（V₊ ≈ V₋），因为开环增益极大，极小输入差即可导致输出饱和。
• 虚断（Virtual Open）：输入端几乎无电流流入（I₊ ≈ I₋ ≈ 0），因输入阻抗极高。

3. 基本工作模式

• 开环模式（无反馈）：
  输出电压迅速饱和（接近电源电压或地），常用于比较器电路（如方波生成）。

• 闭环模式（有负反馈）：
  通过外部电阻/电容构成反馈回路，使运放工作在线性放大区，输出由反馈网络决定。典型应用包括：

  • 反相放大器：输出与输入反相。
  • 同相放大器：输出与输入同相。
  • 电压跟随器：输出直接跟随输入电压（增益为1）。

4. 实际运放的局限性

• 带宽限制：增益随频率升高而下降。
• 输入失调电压：实际运放两输入端存在微小电压差。
• 压摆率（Slew Rate）：输出电压变化速率的限制。
• 电源电压限制：输出不能超过供电电压范围。

总结

运放通过差分放大输入电压差，结合负反馈网络实现精确的线性放大、滤波、积分等功能，是模拟电路设计的核心元件。理解“虚短”和“虚断”是分析运放电路的关键。