运算放大器的理解与应用

运算放大器简称运放，由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”。主要是用在模拟电路中，比如放大器、比较器、模拟运算器，是电子工程师经常要用到的器件。运算放大器是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。

运算放大器的原理

运算放大器（OperaTIonal Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（DifferenTIal-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器。
一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverTIng input node）连接，形成一负反馈（negaTIve feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

开环回路

闭环回路

闭环负反馈

将运算放大器的反向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在负反馈组态的状况，此时通常可以将电路简单地称为闭环放大器。闭环放大器依据输入讯号进入放大器的端点，又可分为反相（inverting）放大器与非反相（non-inverting）放大器两种。

闭环正反馈

将运算放大器的正向输入端与输出端连接起来，放大器电路就处在正回馈的状况，由于正回馈组态工作于一极不稳定的状态，多应用于需要产生震荡讯号的应用中。

理解运算放大器

首先把运算放大器当作一个器件，它会检测二个输入端之间的电压。

如果检测到正输入端的电压 > 负输入端的电压时，运算放大器就会尽可能的抬高自己的输出，直到正负输入端的电压相等或者输出端的电压无法被继续抬高为止。

如果检测到负输入端的电压 > 正输入端的电压时，运算放大器就会尽可能的压低自己的输出，直到正负输入端的电压相等或者输出端的电压无法被继续压低为止。

输出端流出的电流由正电源端子提供，输出端流入的电流由负电源端子流出。这也意味着运放输出端的抬高和压低受到电源的限制。

运放的供电一般有二种方式：单电源和双电源

单电源

例如：单电源的比较器

双电源

例如：双电源的比较器

不同的供电方式，就会给运放带来不同频率特性和输入输出范围。