運算放大器基礎—用作運算器

“運算放大器”的字面意思，除了包含放大的功能，還有運算的功能。事實上，運算放大器最開始的出現，就是為了實現“運算”的目的。

一、差分（放大）器

差分器有點像在做減法。從實現角度，它在比較器的基礎上加上了負反饋。

圖1-差分器-輸入電壓相同

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

• 運放反相和正相輸入端電壓總是相等
• 運放反相和正相輸入端沒有電流輸入

當正相的輸入源電壓增長為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，此時反饋鏈路上幾乎沒有電流。

圖2-差分器-輸入電壓不同

當正相的輸入源電壓增長為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？運放就是一個根據外部信號可以調節自身工作方式的器件，調節的目標就是滿足上述運放的兩個原則。

另外，運放上的電阻網絡在本案例中都配置的是1KΩ，通過不同配置可以實現放大的效果。

好了，你可以自行推理一下對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信號源，輸出的是信號源之和。其推理過程，就是將每個輸入源做獨立計算，然后分別加起來，會得到加法的效果。當然，由于輸入在反相端，實際結果是反相的。

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?？梢钥吹?，運放也通過調節自身，改變了輸出端的電流流向。

圖5-加法器#2

我們還可以繼續增加輸入端數量，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，通過電容來實現，我們以后詳敘述，先看一下簡單的積分器電路：

圖7-積分器

我的電路仿真支持示波器功能，還發現一個超好用的屏幕gif工具（Linux下的Peek），附上波形動畫，可以感受一下效果，還是挺酷的：

圖8-積分器波形動畫