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