运算放大器基础—用作运算器

“运算放大器”的字面意思,除了包含放大的功能,还有运算的功能。事实上,运算放大器最开始的出现,就是为了实现“运算”的目的。
一、差分(放大)器
差分器有点像在做减法。从实现角度,它在比较器的基础上加上了负反馈。
图1-差分器-输入电压相同
上图中,两个输入源分别是1v,通过电阻分压进入到运放的正相和反相输入端。由于两个输入源电压相同,输出为0v。具体推理过程还是采用运放的两个原则(在此不展开):
运放反相和正相输入端电压总是相等运放反相和正相输入端没有电流输入当正相的输入源电压增长为2v,反相的输入源电压还是1v,则输出为1v。注意看下图中电流流向,此时反馈链路上几乎没有电流。
图2-差分器-输入电压不同
当正相的输入源电压增长为4v,反相的输入源电压还是1v,则输出为3v。注意看下图中电流流向,此时反馈链路上电流与图1中相反。
图3-差分器-输入电压不同
这说明什么?运放就是一个根据外部信号可以调节自身工作方式的器件,调节的目标就是满足上述运放的两个原则。
另外,运放上的电阻网络在本案例中都配置的是1kω,通过不同配置可以实现放大的效果。
好了,你可以自行推理一下对于其他不同输入的情况下,差分器的输出是什么样的。
二、加法器
加法器,就是在反相端增加多个信号源,输出的是信号源之和。其推理过程,就是将每个输入源做独立计算,然后分别加起来,会得到加法的效果。当然,由于输入在反相端,实际结果是反相的。
下图中,输入分别是1v和2v,输出是-3v。
图4-加法器
下图中,输入分别是1v和-2v,输出是1v。可以看到,运放也通过调节自身,改变了输出端的电流流向。
图5-加法器#2
我们还可以继续增加输入端数量,比如下图中,输入分别是1v、-2v和3v,输出是-2v。
图6-加法器
三、积分器和微分器
积分器和微分器,通过电容来实现,我们以后详叙述,先看一下简单的积分器电路:
图7-积分器
我的电路仿真支持示波器功能,还发现一个超好用的屏幕gif工具(linux下的peek),附上波形动画,可以感受一下效果,还是挺酷的:
图8-积分器波形动画

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