運算放大器(簡稱運放)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，只需要幾個外部組件就可以配置它們來執(zhí)行各種任務(wù)，如放大、加法、減法、乘法、積分等，因此被稱為運算放大器，因為它執(zhí)行數(shù)學(xué)函數(shù)。

這種功能來自于它們使用反饋的事實，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。

運算放大器中有兩種類型的反饋，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導(dǎo)致輸出的類似變化。

負(fù)反饋最簡單的例子是運放從動器。在這種情況下，反相輸入連接到輸出，非反相輸入作為信號輸入。

根據(jù)運算放大器的行為規(guī)則，運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0V的差，因此稱為跟隨器。

如果該電路的輸入為1V，則輸出也為1V，因為輸出直接連接到反相輸入，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，你會發(fā)現(xiàn)所描述的電路的增益正好是1，因為輸入電壓和輸出電壓的比值是1。

為了演示，該電路使用LM741運算放大器構(gòu)建，由±12V軌道供電，三角形波輸入(來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。請注意兩個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實現(xiàn)。非反相輸入照常作為信號輸入。

在這種情況下，兩個電阻的值相等。如果輸入信號再次為1V，那么運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，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增加兩個電阻進(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明了輸出(藍(lán)色波形)是輸入(黃色波形)振幅的兩倍。

請注意，由于運算放大器的轉(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)小于運算放大器本身的開環(huán)增益，因此可以說負(fù)反饋降低了系統(tǒng)的總體增益，以換取穩(wěn)定性。

負(fù)反饋運放應(yīng)用：

負(fù)反饋主要用于放大器，其中輸入乘以一個稱為增益的因子，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輸入，非反相輸入成為引腳，通過分壓器接收來自輸出的反饋。

現(xiàn)在，當(dāng)輸入端的電壓高于非反相輸入端的電壓時，輸出變低。由于運放由±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，此時輸出高至12V，將6V置于非反相輸入。

現(xiàn)在輸入必須穿過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供電軌道。

正反饋運放應(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，因為反饋是高度非線性的。

演示具有正反饋的運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電容，在反相輸入和輸出之間增加一個電阻，我們就可以制作一個簡單的弛豫振蕩器。

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周期而變化，如上文所述，在+6V和-6V之間。

本文編譯自circuitdigest