运算放大器详解

运算放大器（Operational Amplifier，简称 Op-Amp）是一种集成电路，是电子电路中常用的一种重要器件。它具有高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、宽带宽等特性，广泛应用于模拟电路和信号处理领域。
　　
运算放大器有两个输入端（非反相输入端和反相输入端）、一个输出端和供电端。典型的运算放大器符号为一个三角形，表示放大器的差分输入和一个箭头指向输出端。
　　
运算放大器的特点包括：
　　
高增益：运算放大器通常具有很高的开环增益，可以达到几万甚至几百万倍。
　　
高输入阻抗：运算放大器的输入阻抗很大，因此可以减小外部电路对其影响。
　　
低输出阻抗：运算放大器的输出阻抗很小，可以驱动负载电路而不受太大影响。
　　
可调节增益：通过反馈电路可以实现对运算放大器的增益进行调节。
　　
稳定性好：在设计合理的反馈电路的情况下，运算放大器具有很好的稳定性。

运算放大器可以用于信号放大、滤波、积分、微分、比较器等多种电路中。在实际应用中，常常需要配合其他元件（如电容、电阻）组成各种功能模块来完成特定的电路功能。

如下图所示为一个理想运算放大器。

理想运放的输入电流为0，增益为无穷大，即放大倍数为无穷大，V+ = V- = 0，输出阻抗也为0，意味着其负载能力很强，但是理想运放现实中并不存在。
　　
反相放大器

根据虚短，可得到：V+ = V- = 0 (1)
根据虚断，可得到：I1 = I2 = 0 (2)

I1 = ( Vin- V-) / R1 (3)
　　
I2 = (V- - Vout) / R2 (4)
　　
联立公式(1)(2)(3)(4)可求得 Vout / Vin = - (R2 / R1)，即Vout = -Vin (R2 / R1)
　　
假设：R2 = 10K，R1 = 1K，Vin = - 0.5V，即Vout = 5V，即将Vin信号放大了10倍。注意Vin要给一个反相电压，硬件连接时将电源的正端接到GND，电源负端接到Vin。