运算放大器基础知识详解（一文详解运算放大器）

运算放大器是一种能进行数学运算的放大电路。运算放大器不仅可以通过增减模拟输入信号进行放大，还可以进行加减、微积分等运算。因此，运算放大器是一种应用广泛且易于使用的集成电路。

图1:运算放大器的电路符号

如图1所示，运算放大器的电路符号有两个输入引脚，一个正输入端Vin()和一个反相输入端VIN (-)以及一个输出引脚Vout。实际上，运算放大器还有电源引脚(电源，-电源)和失调输入引脚，电路符号上没有显示。

运算放大器的主要作用是以高增益放大输出两个模拟信号之差。我们把放大两个输入电压之差的运算放大器称为差分放大器。当Vin()的电压为高电平时，输出被正向放大。当VIN (-)电压为高电平时，输出被负放大。另外，运算放大器具有输入阻抗极大，输出阻抗极小的特点。

即使输入信号之间的差异很小，运算放大器也有非常高的放大系数，所以它会导致最大或最小的输出电压值。所以经常在加上负反馈后使用。让让我们看一个使用负反馈的放大电路。

基本(1)运算放大器-反相放大器电路

如图2所示，反相放大器电路具有放大输入信号和反相输出的功能。"反相意味着符号颠倒了。这个放大器使用负反馈技术。所谓负反馈，就是输出信号的一部分回到输入端。在图2所示的电路中，诸如通过R2将输出Vout连接(返回)到反相输入端(-)的连接方法是负反馈。

让让我们来看看这个反相放大器电路的工作过程。运算放大器具有以下特性。当电源电压没有施加到输出端时，相同的电压施加到正常输入端()和反相输入端(-)，即可以认为是虚拟短路。因此，当正常输入端()为0V时，A点的电压为0V。根据欧姆定律，可以得到I1=Vin/R1经过R1。

图2:反相放大器电路

另外，运算放大器的输入阻抗极高，反相输入端(-)基本没有电流。因此，当I1经A点流向R2时，I1和I2的电流基本相等。从以上条件，应用欧姆R2定律，我们可以得到Vout=-I1 R2。I1为负，因为I2从电压为0V的A点流出。另一方面，当反相输入端(-)的输入电压上升时，输出将被反相并在负方向上被大大放大。由于负方向的输出电压通过R2连接到反相输入端，反相输入端(-)的电压上升将被阻止。反相输入端和非反相输入端的电压变为0V，输出电压稳定。

那就让让我们根据这个放大电路的输入和输出之间的关系来计算增益。增益是Vout与Vin的比值，即Vout/Vin=(-i1R2)/(i1R1)=-R2/R1。产生的增益为-表示波形反转。

在这个公式中，应该注意的是，增益仅由R1和R2的电阻比决定。也就是说。我们可以很容易地通过改变电阻来改变增益。通过对具有高增益的运算放大器施加负反馈，可以通过调节电阻值来获得期望的增益电路。

运算放大器基础(二)——非反相放大器电路

与反相放大器电路相反，图3所示的电路称为反相放大器电路。与反相放大电路最大的区别在于，在反相放大电路中，输入波形和输出波形的相位相同，输入信号施加在反相输入端()。与反相放大器电路一样，这两个电路都使用负反馈。

让让我们来看看这个电路的工作过程。首先，通过虚拟短路，同相输入端()和反相输入端(-)的电压都是Vin，即A点的电压是Vin。根据欧姆定律，Vin=R1I1。另外，运算放大器的两个输入端基本没有电流，所以I1=I2。而Vout是R1和R2电压之和，即Vout=R2I2 R1I1。上面的公式可以整理出来得到增益G，即G=Vout/Vin=(1 R2/R1)。

图3:同相放大器电路

如果该电路中的R1被消除，R2电阻变为0或短路，则该电路成为增益为1的电压跟随器。这种电路常用于阻抗变换和缓冲。

输入值的判断-比较器

比较器也可称为比较器，将两个电压进行比较，然后输出1(侧的电源电压，显示为VDD)或0(侧的电源电压)。比较器通常用于检测输入是否达到规定值。比较器也可以用运算放大器代替，但通常使用专用的比较器IC。比较器和运算放大器使用相同的电路符号。

比较器电路如图4所示。让让我们来看看这个电路的工作过程。首先需要注意的是，这个电路没有正反馈，也没有负反馈。放大Vin和VREF之差，并从Vout输出。例如，当Vin大于VREF时，放大输出的Vout上升至该侧的电源电压并达到饱和。当Vin小于VREF时，输出Vout降至侧电源电压的饱和状态。

通过此操作，Vin和VREF的比较结果在Vout上输出。

实际上，图4中的电路通常会产生迟滞(用于防止误操作的电压场)。如图5所示，Vin会产生一些噪声，但仍能稳定工作。

图4:比较器电路

图5:具有迟滞效应的比较器电路

使用正反馈的振动电路

在负反馈作用下，从输出端返回到输入端的信号越大，输出就越小。相反，在正反馈中，从输出到输入的信号越大，输入就越大。当正反馈作用下增益大于1时，电路振荡。如果在电路中合理使用这种振荡，就会形成振荡电路。

图6所示的不稳定多谐振荡器是一个振荡电路。

图6:不稳定多谐振荡器电路

边最大VL和边最大VL都是不稳定的，这两个值是不断变化的，所以叫不稳定。让让我们看看电路中的动作。首先，输出Vout通过R2(一个正反馈电路)反馈到同相输入端()。然后，R3和C施加于输入Vout，这是一个积分电路。你可能觉得积分电路很难。其实我们可以简单的理解为一个过程电路，Vout输出的一部分电压被慢慢的存储在电容中。在初始状态，Vout通过正反馈电路快速增加并达到最大值(VL)。

然后，通过由R3和C组成的积分电路，反相输入端(-)缓慢增加。经过一段时间后，正输入端(+)的电压超过负输入端(-)的电压，相当于在差分输入端输入一个负电压，然后Vout在负端迅速增大到-VL。Vout变为负值，反相输入端(-)的电压通过由R3和C组成的积分电路缓慢增加.经过一定时间后，反相输入端的电压超过同相输入端的电压(+)，相当于在差分输入端输入一个正电压，然后Vout迅速向正方向变化。这个过程不断重复，VL和-VL交替出现在Vout，从而实现振荡电路的动作。编辑：CC