運(yùn)算放大器簡介
　　運(yùn)算放大器（通常稱為運(yùn)算放大器）是設(shè)計(jì)電子電路的普遍構(gòu)建模塊。如今，這些設(shè)備被制造為小型集成電路，但這個(gè)概念很久以前就開始使用真空管。 1946 年有一項(xiàng)早期使用運(yùn)算放大器概念的專利（參考文獻(xiàn) 1），盡管當(dāng)時(shí)并未使用該名稱。人們通常認(rèn)為 Raggazinni 在 1947 年創(chuàng)造了“運(yùn)算放大器”一詞（參考文獻(xiàn) 2）。
　　早在 20 世紀(jì)，我在參加大學(xué)模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)課程時(shí)就接觸過運(yùn)算放大器。模擬電路用于通過復(fù)雜的接線板連接求和放大器、微分器和積分器來模擬系統(tǒng)。模擬計(jì)算的使用正在逐漸消失，被數(shù)字計(jì)算機(jī)所取代，所以我不能說我從課程的計(jì)算部分中學(xué)到了很多。不過，我確實(shí)學(xué)到了很多關(guān)于運(yùn)算放大器電路和控制系統(tǒng)的知識，這些知識在今天仍然很有價(jià)值。
　　理想運(yùn)算放大器
　　為了理解運(yùn)算放大器的基本功能，我們使用“理想運(yùn)算放大器”的概念。理想的運(yùn)算放大器是壓控電壓源，如圖 1所示，具有以下屬性：
　　無限增益 (A v ) 和無限帶寬
　　零輸出阻抗　　無限輸入阻抗（零輸入電流）

　　理想運(yùn)算放大器電路原理圖。圖 1理想的運(yùn)算放大器是一個(gè)具有無限輸入阻抗和零輸出阻抗的壓控電壓源。
　　通常包括一個(gè)重要的第四個(gè)屬性，但它僅在運(yùn)算放大器施加負(fù)反饋時(shí)才有效：
　　兩個(gè)輸入之間零伏
　　如果您想知道該運(yùn)算放大器如何獲得電源，該器件有兩個(gè)電源連接（正極和負(fù)極），在討論電路設(shè)計(jì)時(shí)經(jīng)常被忽略（但在連接實(shí)際電路時(shí)絕對重要）。通常，提供雙極電源，+/-15V，支持健康的信號擺幅。
　　運(yùn)算放大器最酷的一點(diǎn)是，對于許多非關(guān)鍵應(yīng)用來說，運(yùn)算放大器的性能（增益、帶寬、阻抗等）與電路要求相比非常好，以至于它們確實(shí)像理想的運(yùn)算放大器一樣工作。它們易于設(shè)計(jì)，并已成為電子系統(tǒng)的重要構(gòu)建模塊。
　　運(yùn)算放大器配置和原理圖
　　同相放大器　　我們將看到的第一個(gè)常見運(yùn)算放大器配置是非反相放大器（圖 2）。我總是想知道為什么我們不將其稱為“常規(guī)放大器”配置，或者只是“放大器”。

　　同相放大器電路原理圖。圖 2同相放大器使用兩個(gè)電阻器為運(yùn)算放大器提供負(fù)反饋?！　≡诖伺渲弥?，我們看到有從輸出到反相輸入的反饋。這種負(fù)反饋意味著屬性#4 被調(diào)用，并且兩個(gè)輸入之間的電壓始終為零（即，它們處于相同的電壓）。由于沒有電流流入輸入端，因此同相輸入端的電壓由 R 1和 R 2形成的分壓器決定。

　　同相輸入電壓方程。

　　重新排列以獲得放大器的增益，
　　獲得放大器增益的方程。
　　請注意，電路的電壓增益不取決于運(yùn)算放大器的增益。我們假設(shè)如果運(yùn)算放大器增益確實(shí)很大，那么足夠的反饋將應(yīng)用于非反相輸入以產(chǎn)生所需的功能。
　　讓我們檢查一下關(guān)于兩個(gè)運(yùn)算放大器輸入之間電壓為零的假設(shè)。假設(shè)同相輸入比反相輸入高幾毫伏。運(yùn)算放大器的巨大電壓增益會(huì)導(dǎo)致輸出增加，這會(huì)通過電阻分壓器反饋到反相輸入。反相輸入上的電壓增加將導(dǎo)致運(yùn)算放大器輸出減小，直到兩個(gè)輸入具有相同的電壓。因此，運(yùn)算放大器的高增益加上負(fù)反饋使輸入電壓保持不變。
　　緩沖放大器　　同相放大器的一種特殊情況是緩沖放大器（也稱為單位增益放大器或電壓跟隨器），其電壓增益為 1（圖 3）。這相當(dāng)于在同相放大器配置中使R 2為零且R 1無窮大。再次應(yīng)用負(fù)反饋，使得運(yùn)算放大器輸入之間的電壓為零。這構(gòu)成了一個(gè)良好的緩沖放大器，輸入端具有無限阻抗，輸出端具有零阻抗。至少在理想情況下。

　　緩沖放大器電路原理圖。圖 3緩沖放大器提供無限輸入阻抗和零輸出阻抗。
　　反相放大器
　　另一種常見的運(yùn)算放大器電路是反相放大器（圖 4）。顧名思義，輸出電壓以與輸入相反的極性進(jìn)行放大?！　》聪喾糯笃麟娐放渲脠D。圖 4反相放大器產(chǎn)生輸入的負(fù)值，按兩個(gè)電阻的比率縮放。

　　通過注意到運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入均為 0V 來分析該電路。非反相輸入接地，反相輸入將通過電阻器的反饋被驅(qū)動(dòng)到相同的電壓。我們還注意到，電流 ( i ) 流過兩個(gè)電阻，因?yàn)闆]有電流進(jìn)入運(yùn)算放大器的反相輸入。

　　電流流過兩個(gè)電阻的公式。
　　重新排列以獲得放大器的增益，
　　反相放大器的增益公式。
　　增益中的負(fù)號很重要，在應(yīng)用電路時(shí)必須予以考慮。在某些情況下，這可能并不重要，您可能只需要放大輸入信號而不考慮極性的變化。在其他情況下，極性可能很關(guān)鍵，您的信號最終可能會(huì)顛倒。
　　差分放大器
　　反相放大器和同相放大器可以組合起來形成差分放大器（也稱為差分放大器），如圖5所示。
　　差分放大器電路原理圖。圖 5差分放大器產(chǎn)生的輸出電壓是兩個(gè)輸入之間的差值。　　應(yīng)用疊加，我們可以組合反相和同相放大器配置的增益方程。

　　將 v 1替換為 v in，反相增益保持不變：

　　反相增益方程。　　v 2輸入具有一個(gè)由 R 3和 R 4組成的附加分壓器，因此增益方程變?yōu)椋?/p>

　　V2輸入附加分壓公式?！　〗Y(jié)合兩個(gè)方程得出：

　　差分放大器方程。
　　如果我們設(shè)置 R 1 = R 3且 R 2 = R 4，則方程簡化為：
　　設(shè)置電阻值方程。
　　我們假設(shè)我們有理想的運(yùn)算放大器，但我們沒有提及電阻器的任何內(nèi)容。這些電路的增益將取決于電阻器的實(shí)際值及其容差。對于我們依賴匹配電阻值的差分放大器來說尤其如此。