电路创意/运算放大器反相电流电压转换器可视化
电路创意：运算放大器通过在输入电压源上添加与它在电阻上损失的电压相等的电压来消除电阻。
想象一下，我们需要解决一个众所周知的问题——测量一个电流IIN，这个电流是在我们短路一个具有内部电压VIN和内阻Ri的真实电压源时流过的。为了这个目的，在关于运算放大器反相电流电压转换器的基本故事中，我们断开了电路，并连接了一个测量电阻R，以获得一个输出电压VOUT = VR。然而，电阻R上的电压降VR会影响输入电流。因此，我们用一个“反电压”VH补偿了“干扰”电压VR（我们通过另一个电压源“帮助”了输入电压源），并将其用作输出电压（参见下面的图2）。
通过这种方式，我们已经设法了解了如何将这个不完美的无源电路转换为一个几乎理想的运算放大器电路。然后我们主要对电路结构而不是电路操作感兴趣；这就是为什么我们按照基本的“帮助”理念一步步地构建了这个电路。如果我们是打算仅出于个人目的使用这个电路的学生、爱好者和技术人员，这将足够了。
然而，如果我们是想要展示电路操作的教师，让他们的学生真正理解，这还不够。在这种情况下，我们必须让这些年轻人对电路操作感兴趣；我们必须以更具吸引力的方式向他们展示有源元件（一个人和一个运算放大器）是如何实现“帮助”理念的。为了这个目的，我们可以在此使用一组常用的启发式可视化工具：电压条、电压图、电流回路和叠加的IV曲线。
让我们先看一下图2。您注意到元件BIN和Ri上的电压和电压降是正的，而元件R、BH和L上的电压是负的吗？
然后，我们可以将它们重新排列成更合适的形式，以便将可视化元素叠加在电路图上（参见下面的图3a）。为了这个目的，让我们先在纸张中间画一条淡红色的线，将绘图区域分成两部分：一个正的上方区域和一个负的下方区域。然后，让我们将电压在其两端为正的元件（激励电压源VIN和内阻Ri）放在上方，并将电压在其两端为负的元件（帮助电压源VH、电阻R和负载L）放在下方。提示：将红色线想象成“海平面”；所有“正事物”位于“海平面之上”，而所有“负事物”位于“海平面之下”。现在，让我们开始实验。
如果您施加一个正的输入电压VIN（图3a），一个电流将开始沿着电路流动，方向为VIN >>> Ri >>> R >>> VH。从形象上讲，您使输入源“拉起”点A，使其接近正电压VIN（您、输入源和电阻Ri“从海中浮现”）。然而，我沮丧地观察到指针向右偏转，并立即通过降低补偿电压VH来做出反应。现在，我使它“拉下”点A，使其接近负电压-VH（我、“帮助”源、电阻R和负载“沉入海中”），直到它设法将电位VA归零（虚拟地）。请注意，在这种布置中，两个电压源是串联连接的，方向相同（- VIN +，- VH +），因此它们的电压被叠加。实际上，它们构成一个新的复合电压源，作为“帮助”源产生修正后的输入电压。
在图形表示（图3b）中，当输入电压源的IV曲线从左向右水平移动时，"帮助"电压源的IV曲线从右向左水平移动，反之亦然。结果，工作点A沿着新的垂直IV曲线滑动，这条曲线代表虚拟地的零动态电阻Rd。
如果您在接地下方施加一个负的输入电压VIN，一个电流将开始沿着电路流动，方向相反：VIN >>> VH >>> R >>> Ri。现在，您使输入源“拉下”点A，使其接近负电压-VIN（您、输入源和电阻Ri“沉入海中”）。然而，我观察到指针向左偏转，并立即通过提高补偿电压VH来做出反应。现在，我使它“拉起”点A，使其接近正电压VH（我、“帮助”源、电阻R和负载“从海中浮现”），直到它再次设法将电位VA归零（虚拟地）。两个电压源再次串联连接，方向相同，因此它们的电压被叠加。实际上，它们再次构成一个新的复合电压源，作为“帮助”源产生修正后的输入电压。
在图形表示（图 4b）中，当输入电压源的 IV 曲线从左向右水平移动时，“辅助”电压源的 IV 曲线从右向左水平移动，反之亦然。结果，工作点 A 沿着新的垂直 IV 曲线滑动，该曲线代表虚拟地的零动态电阻 Rd。
最后，我们决定让一个运算放大器来做这项无聊的工作。为此，我们将运算放大器的输出连接到“辅助”电压源的位置，并将运算放大器的输入连接到点 A，以便运算放大器“帮助”输入源。现在让我们看看运算放大器是如何完成这个神奇的操作的。
如果输入电压 VIN 升高，输入电流 IIN 将开始流过电路（图 5a）。结果，电阻上会出现电压降 VR，点 A 的电势 VA 开始上升（输入源“向上拉”点 A，接近正电压 VIN）。但是，运算放大器“观察到”令它很不高兴的事情：（并立即做出反应：它降低其输出电压， “吸入”电流 IIN，直到它设法将电势 VA 降为零。从比喻的角度来说，运算放大器“沉入海底”；它“向下拉”点 A，接近负电压 -V，以建立虚拟地。它通过将负电源 -V 生成的部分电压与输入电压 VIN 串联来实现这个神奇的操作。这两个电压源串联连接，方向相同（- VIN +，- VH +），以便它们的电压相加。
如果输入电压 VIN 低于地，输入电流 IIN 将开始以相反的方向流过电路（图 5b）。结果，电阻 R 上会出现电压降 VR，点 A 的电势 VA 开始下降（现在，输入源“向下拉”点 A，接近负电压 -VIN）。但是，运算放大器“观察到”并立即做出反应：它提高其输出电压，“推入”电流 IIN，直到它设法将电势 VA 降为零（现在，运算放大器“从海底升起”并“向上拉”点 A，接近正电压 +V，以建立虚拟地）。它通过将正电源 +V 生成的部分电压与输入电压 VIN 串联来实现这个神奇的操作。这两个电压源再次串联连接，方向相同，以便它们的电压相加。
