運算放大器(簡稱“運放”)是模擬電路領域常用的電子元器件之一，屬于有源元件，具有多個端鈕，可以實現對信號的加減乘除、比例運算、微分和積分等計算，也可以用來處理電信號，如比較和選擇信號的幅度。如今運算放大器憑借其優點廣泛應用于自動控制系統、各種測量裝置中，對電子科技的發展有著重要的意義。下面一起來了解了解其的原理：
1.基本原理
運算放大器有三個端口，其中有兩個輸入端口，分別為“+”和“-”，一個輸出端口。當輸入信號從“-”端口輸入放大器時，輸出端的輸出信號與輸入信號反相;反之，當輸入信號從“+”端口輸入放大器時，輸出端的輸出信號與輸入信號同相;當兩個輸入端口同時輸入信號時，運算放大器實現減數運算，輸出信號與較大的一方同相。所以說，運算放大器基本上可以說是一個電壓放大器。一個理想的運算放大器必須具備下列特性：無限大的 輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。基本的運算放大器如圖1所示：
圖1 基本運算放大器
通常使用運算放大器時，會將其輸出端與其反相輸入端(inverting input node)連接，形成一負反饋(negative feedback)狀態。原因是運算放大器的電壓增益非常大，范圍從數百至數萬倍不等，使用負反饋方可保證電路的穩定運作。但是這并不代表運算放大器不能連接成正回饋(positive feedback)，相反地，在很多需要產生震蕩訊號的系統中，正回饋組態的運算放大器是很常見的組成元件。
2.開環電路
開環回路運算放大器如圖2。當一個理想運算放大器采用開回路的方式工作時，其輸出與輸入電壓的關系式如下：
Vout=(V+-V-)*Aog
圖2 開環回路運算放大器
其中Aog代表運算放大器的開環回路差動增益(open-loop differential gai)由于運算放大器的開環回路增益非常高，因此就算輸入端的差動訊號很小，仍然會讓輸出訊號「飽和」(saturation)，導致非線性的失真出現。因此運算放大器很少以開環回路出現在電路系統中，少數的例外是用運算放大器做比較器(comparator)，比較器的輸出通常為邏輯準位元的「0」與「1」。
3.閉環負反饋
將運算放大器的反向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在負反饋組態的狀況，此時通常可以將電路簡單地稱為閉環放大器。閉環放大器依據輸入訊號進入放大器的端點，又可分為反相(inverting)放大器與非反相(non-inverting)放大器兩種。
圖3 反相閉環放大器
反相閉環放大器如圖3。假設這個閉環放大器使用理想的運算放大器，則因為其開環增益為無限大，所以運算放大器的兩輸入端為虛接地(virtual ground)，其輸出與輸入電壓的關系式如下：
Vout=-(Rf/Rin)*Vin
非反相閉環放大器如圖4。假設這個閉環放大器使用理想的運算放大器，則因為其開環增益為無限大，所以運算放大器的兩輸入端電壓差幾乎為零，其輸出與輸入電壓的關系式如下：
Vout = ((R2/R1)+1)* Vin
圖4 非反相閉環放大器
4.閉環正回饋
將運算放大器的正向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在正回饋的狀況，由于正回饋組態工作于一極不穩定的狀態，多應用于需要產生震蕩訊號的應用中。
以上就是運算放大器的工作原理介紹了。在實際應用中，運算放大器的選擇必須要綜合考慮到設計目的、目標的信號電平、閉環增益、所需的精度以及環境條件等其他因素，并將需求性能轉化為運算放大器的對應參數。雖然運算放大電路難，但是不管多復雜的電路，只要運用合適的方法，抓住運放電路的基本特點，所有的問題都可以解答的。
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