運(yùn)算放大器(簡(jiǎn)稱(chēng)運(yùn)放)可能是所有模擬電子器件中應(yīng)用最廣泛的元件。由于它們的通用性，只需要幾個(gè)外部組件就可以配置它們來(lái)執(zhí)行各種任務(wù)，如放大、加法、減法、乘法、積分等，因此被稱(chēng)為運(yùn)算放大器，因?yàn)樗鼒?zhí)行數(shù)學(xué)函數(shù)。

這種功能來(lái)自于它們使用反饋的事實(shí)，這意味著采樣部分輸出并從輸入中添加或減去它以達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。

運(yùn)算放大器中有兩種類(lèi)型的反饋，正反饋和負(fù)反饋，本文將詳細(xì)介紹這兩種反饋。

運(yùn)算放大器的負(fù)反饋

負(fù)反饋將輸出的一部分從輸入中減去，從而使輸出與輸入平衡。這意味著輸入的任何變化都會(huì)導(dǎo)致輸出的類(lèi)似變化。

負(fù)反饋?zhàn)詈?jiǎn)單的例子是運(yùn)放從動(dòng)器。在這種情況下，反相輸入連接到輸出，非反相輸入作為信號(hào)輸入。

根據(jù)運(yùn)算放大器的行為規(guī)則，運(yùn)算放大器將嘗試在反相和非反相輸入之間保持0V的電壓差，我們可以理解輸出跟隨輸入以保持這個(gè)0V的差，因此稱(chēng)為跟隨器。

如果該電路的輸入為1V，則輸出也為1V，因?yàn)檩敵鲋苯舆B接到反相輸入，因此反相引腳與非反相引腳之間的電壓差為0V。

如果你仔細(xì)觀察，你會(huì)發(fā)現(xiàn)所描述的電路的增益正好是1，因?yàn)檩斎腚妷汉洼敵鲭妷旱谋戎凳?。

為了演示，該電路使用LM741運(yùn)算放大器構(gòu)建，由±12V軌道供電，三角形波輸入(來(lái)自上一篇文章中制作的三角形波發(fā)生器)。

上圖顯示了該電路的波形——黃色波形為輸入，藍(lán)色波形為輸出。輸出是輸入的副本，因此我們知道follower是有效的。請(qǐng)注意兩個(gè)通道上的垂直刻度相同。

如果我們想要的不是1呢?這可以通過(guò)在輸出端添加分壓器并將反相輸入連接到分壓器的中間來(lái)實(shí)現(xiàn)。非反相輸入照常作為信號(hào)輸入。

在這種情況下，兩個(gè)電阻的值相等。如果輸入信號(hào)再次為1V，那么運(yùn)放將嘗試以這樣一種方式改變輸出，使反相輸入為1V，以便在其輸入端保持0V差分。

要做到這一點(diǎn)，輸出必須轉(zhuǎn)到2V，以便分壓器輸出(因此反相輸入)為1V。

這個(gè)電路的增益是2，它把輸入電壓乘以2倍。

很明顯，輸出與輸入保持平衡-輸出對(duì)輸入的變化線性響應(yīng)，因此該電路用作放大器，這種配置是經(jīng)典的非反相放大器。

之前的跟隨器電路通過(guò)增加兩個(gè)電阻進(jìn)行了修改，可以清楚地看到電路的輸出是輸入電壓的兩倍。

上圖所示的示波器波形說(shuō)明了輸出(藍(lán)色波形)是輸入(黃色波形)振幅的兩倍。

請(qǐng)注意，由于運(yùn)算放大器的轉(zhuǎn)換速率限制，輸出是如何失真的。所描述的兩種電路的增益都遠(yuǎn)小于運(yùn)算放大器本身的開(kāi)環(huán)增益，因此可以說(shuō)負(fù)反饋降低了系統(tǒng)的總體增益，以換取穩(wěn)定性。

負(fù)反饋運(yùn)放應(yīng)用：

負(fù)反饋主要用于放大器，其中輸入乘以一個(gè)稱(chēng)為增益的因子，輸出應(yīng)該是線性的，并且隨著輸入的變化而穩(wěn)定。

運(yùn)算放大器的正反饋

非反相放大器電路可以稍加修改以創(chuàng)建具有正反饋的電路。

運(yùn)算放大器的反相輸入和非反相輸入被切換，使反相輸入成為信號(hào)輸入，非反相輸入成為引腳，通過(guò)分壓器接收來(lái)自輸出的反饋。

現(xiàn)在，當(dāng)輸入端的電壓高于非反相輸入端的電壓時(shí)，輸出變低。由于運(yùn)放由±12V軌供電，因此輸出為-12V，因此非反相輸入為-6V。

輸出現(xiàn)在保持鎖存于-12V，直到輸入低于-6V，此時(shí)輸出高至12V，將6V置于非反相輸入。

現(xiàn)在輸入必須穿過(guò)6V才能使輸出再次改變狀態(tài)。

與非反相放大器配置不同，該電路的輸出不與輸入保持平衡，相反，它以非線性方式飽和到任意一個(gè)供電軌道。

正反饋運(yùn)放應(yīng)用：

由此，我們可以得出結(jié)論，正反饋極大地增加了系統(tǒng)的增益，但不穩(wěn)定，只有兩種狀態(tài)。因此，正反饋不能用于創(chuàng)建放大器，因?yàn)榉答伿歉叨确蔷€性的。

演示具有正反饋的運(yùn)算放大器的最佳方法是正反饋振蕩器。如果我們修改之前的電路，在反相輸入和地之間增加一個(gè)電容，在反相輸入和輸出之間增加一個(gè)電阻，我們就可以制作一個(gè)簡(jiǎn)單的弛豫振蕩器。

上圖中的示波器波形顯示了振蕩器在黃色通道上的輸出和藍(lán)色通道上非反相輸入處的電壓。正如您所看到的，非反相輸入的閾值電壓隨著振蕩器的每個(gè)周期而變化，如上文所述，在+6V和-6V之間。

本文編譯自circuitdigest