運(yùn)算放大器基礎(chǔ)—用作運(yùn)算器

“運(yùn)算放大器”的字面意思，除了包含放大的功能，還有運(yùn)算的功能。事實(shí)上，運(yùn)算放大器最開始的出現(xiàn)，就是為了實(shí)現(xiàn)“運(yùn)算”的目的。

一、差分（放大）器

差分器有點(diǎn)像在做減法。從實(shí)現(xiàn)角度，它在比較器的基礎(chǔ)上加上了負(fù)反饋。

圖1-差分器-輸入電壓相同

上圖中，兩個(gè)輸入源分別是1V，通過電阻分壓進(jìn)入到運(yùn)放的正相和反相輸入端。由于兩個(gè)輸入源電壓相同，輸出為0V。具體推理過程還是采用運(yùn)放的兩個(gè)原則（在此不展開）：

• 運(yùn)放反相和正相輸入端電壓總是相等
• 運(yùn)放反相和正相輸入端沒有電流輸入

當(dāng)正相的輸入源電壓增長(zhǎng)為2V，反相的輸入源電壓還是1V，則輸出為1V。注意看下圖中電流流向，此時(shí)反饋鏈路上幾乎沒有電流。

圖2-差分器-輸入電壓不同

當(dāng)正相的輸入源電壓增長(zhǎng)為4V，反相的輸入源電壓還是1V，則輸出為3V。注意看下圖中電流流向，此時(shí)反饋鏈路上電流與圖1中相反。

圖3-差分器-輸入電壓不同

這說明什么？運(yùn)放就是一個(gè)根據(jù)外部信號(hào)可以調(diào)節(jié)自身工作方式的器件，調(diào)節(jié)的目標(biāo)就是滿足上述運(yùn)放的兩個(gè)原則。

另外，運(yùn)放上的電阻網(wǎng)絡(luò)在本案例中都配置的是1KΩ，通過不同配置可以實(shí)現(xiàn)放大的效果。

好了，你可以自行推理一下對(duì)于其他不同輸入的情況下，差分器的輸出是什么樣的。

二、加法器

加法器，就是在反相端增加多個(gè)信號(hào)源，輸出的是信號(hào)源之和。其推理過程，就是將每個(gè)輸入源做獨(dú)立計(jì)算，然后分別加起來(lái)，會(huì)得到加法的效果。當(dāng)然，由于輸入在反相端，實(shí)際結(jié)果是反相的。

下圖中，輸入分別是1V和2V，輸出是-3V。

圖4-加法器

下圖中，輸入分別是1V和-2V，輸出是1V。可以看到，運(yùn)放也通過調(diào)節(jié)自身，改變了輸出端的電流流向。

圖5-加法器#2

我們還可以繼續(xù)增加輸入端數(shù)量，比如下圖中，輸入分別是1V、-2V和3V，輸出是-2V。

圖6-加法器

三、積分器和微分器

積分器和微分器，通過電容來(lái)實(shí)現(xiàn)，我們以后詳敘述，先看一下簡(jiǎn)單的積分器電路：

圖7-積分器

我的電路仿真支持示波器功能，還發(fā)現(xiàn)一個(gè)超好用的屏幕gif工具（Linux下的Peek），附上波形動(dòng)畫，可以感受一下效果，還是挺酷的：

圖8-積分器波形動(dòng)畫