運算放大器簡介
　　運算放大器（通常稱為運算放大器）是設計電子電路的普遍構建模塊。如今，這些設備被制造為小型集成電路，但這個概念很久以前就開始使用真空管。 1946 年有一項早期使用運算放大器概念的專利（參考文獻 1），盡管當時并未使用該名稱。人們通常認為 Raggazinni 在 1947 年創(chuàng)造了“運算放大器”一詞（參考文獻 2）。
　　早在 20 世紀，我在參加大學模擬計算實驗課程時就接觸過運算放大器。模擬電路用于通過復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)。模擬計算的使用正在逐漸消失，被數(shù)字計算機所取代，所以我不能說我從課程的計算部分中學到了很多。不過，我確實學到了很多關于運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值。
　　理想運算放大器
　　為了理解運算放大器的基本功能，我們使用“理想運算放大器”的概念。理想的運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）

　　理想運算放大器電路原理圖。圖 1理想的運算放大器是一個具有無限輸入阻抗和零輸出阻抗的壓控電壓源。
　　通常包括一個重要的第四個屬性，但它僅在運算放大器施加負反饋時才有效：
　　兩個輸入之間零伏
　　如果您想知道該運算放大器如何獲得電源，該器件有兩個電源連接（正極和負極），在討論電路設計時經常被忽略（但在連接實際電路時絕對重要）。通常，提供雙極電源，+/-15V，支持健康的信號擺幅。
　　運算放大器最酷的一點是，對于許多非關鍵應用來說，運算放大器的性能（增益、帶寬、阻抗等）與電路要求相比非常好，以至于它們確實像理想的運算放大器一樣工作。它們易于設計，并已成為電子系統(tǒng)的重要構建模塊。
　　運算放大器配置和原理圖
　　同相放大器　　我們將看到的第一個常見運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電阻器為運算放大器提供負反饋。　　在此配置中，我們看到有從輸出到反相輸入的反饋。這種負反饋意味著屬性#4 被調用，并且兩個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算放大器的增益。我們假設如果運算放大器增益確實很大，那么足夠的反饋將應用于非反相輸入以產生所需的功能。
　　讓我們檢查一下關于兩個運算放大器輸入之間電壓為零的假設。假設同相輸入比反相輸入高幾毫伏。運算放大器的巨大電壓增益會導致輸出增加，這會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致運算放大器輸出減小，直到兩個輸入具有相同的電壓。因此，運算放大器的高增益加上負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）。這相當于在同相放大器配置中使R 2為零且R 1無窮大。再次應用負反饋，使得運算放大器輸入之間的電壓為零。這構成了一個良好的緩沖放大器，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行放大。　　反相放大器電路配置圖。圖 4反相放大器產生輸入的負值，按兩個電阻的比率縮放。

　　通過注意到運算放大器的兩個輸入均為 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動到相同的電壓。我們還注意到，電流 ( i ) 流過兩個電阻，因為沒有電流進入運算放大器的反相輸入。

　　電流流過兩個電阻的公式。
　　重新排列以獲得放大器的增益，
　　反相放大器的增益公式。
　　增益中的負號很重要，在應用電路時必須予以考慮。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，極性可能很關鍵，您的信號最終可能會顛倒。
　　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差分放大器產生的輸出電壓是兩個輸入之間的差值。　　應用疊加，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?！　 2輸入具有一個由 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合兩個方程得出：

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