电子技术的里程碑，带你走进运算放大器的奇妙世界
cac55 2025-01-10 11:55 29 浏览 0 评论
运算放大器（简称运放）的发明使得电子技术进入了“运算”时代，直接促使了电子计算机的诞生，它也因此而得名“运算放大器”。我们先来看看常见的运放“核心”是怎么样的。
在闭环的结构当中，运放内部的镜像电路总是企图维持两端电流的平衡，一旦失衡，它就会通过调节输出端（output）的电流形态，进一步通过反馈环路来检测输入（input）两端的状态，直到出现新的平衡，此时的运放就得到一个稳定的输出状态。我们可以根据这个原理来分析运放的经典应用电路。
缓冲器的配置
这是一个经典的缓冲器方案，也可以称作电压跟随器（输出电流的能力与运放内部的输出结构有关）。我们根据上述的镜像原理，运放输入两端的电压可以看成是相等的（严格来说是动态平衡），因此我们可以直接得出Vin=Vout的结论。
同相与反相
先来看同相的配置，由于在反馈环路中增加了电阻分压器，可以精准地控制返回到输入端的电压值。因此可以得出增益的计算公式G=Rf/R1+1；同理可以得出反相配置的增益G=-Rf/R1。这里的“同相”指的是信号源接运放的正端，与输出信号的相位相同；“反相”是指信号源接运放的负端，与输出信号的相位相反。
加法器配置
明白了单路同相与反相的配置原理，对于多路的信号输入，我们可以直接按照加法来计算，“加法器”的称谓由此而来。先看反相加法的配置，把多路信号叠加起来就变成：
Vout=-Rf(V1/R1+V2/R2+...+Vn/Rn)；
此时如果R1=R2=...=Rn，则：
Vout=-Rf(V1+V2+...+Vn)/R1；
再来看同相加法配置，
假设R1=R2=...=Rn，同理可得：
Vout=(Rf/Rin+1)(V1/N+V2/N+...+Vn/N)，
其中N=输入电阻器的数量。
以上就是通过运算放大器的基本原理衍生出的应用，无论是多复杂的电路，都离不开这些基本规则，简单说就是反馈形式的变种，由此赋予了运放具备多种形式的“运算”功能。下一篇我计划把今天的内容展开，详细分析引入了滤波器的运放计算与噪声问题，欢迎各位继续关注！
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