01

Op-amp 中文叫做 運(yùn)算放大器 ，其作用顧名思義，就是 在電路中起到運(yùn)算和放大信號的作用 ，原教材中對其作用的介紹并不多，而是很快的涉及到了計算問題，學(xué)生在不知其作用的情況下肯定是學(xué)起來比較暈。

02

首先集成和簡單電路中都涉及一個問題，就是電流信號的模擬，比如說錄音錄像機(jī)，橋狀二極管的整流，microphone的擴(kuò)音等等，聲波和其它機(jī)械波的變化規(guī)律需要在電路中以電流的形式傳遞給不同的電器組件，并讓其做出反應(yīng)，比如說音響，音響的接收端就是根據(jù)聲波的起伏，變頻，等等從而模擬出一個對應(yīng)的電流信號，這個信號會改變電流周邊的磁場，進(jìn)而再次還原出聲波信號。

其實在實際應(yīng)用中電流的變化信號很小，比如聲波從100-200分貝的變化，反應(yīng)給電流的話就是0.1mA 左右甚至不到，也就是說如果信號過于弱，10分貝的音量差就不足以被分辨和識別。 因此這個信號需要通過計算被放大，這就是運(yùn)算大器（op-amp）的作用。

03

下面對其工作原理做一個簡介

如圖所示，這是典型的反向放大電路，這塊的技術(shù)特點是V+ 接的是地線，就是0電勢點，注意V+叫non inverting voltage同相電壓，V-叫inverting voltage 反向電壓，而兩者之間沒有任何用電器，所以相對點位也為0。運(yùn)算放大器的同向端接地=0V，反向端和同向端虛短（虛擬短路），反向輸入端輸入電阻很高，（二極管的特性，單向性）虛斷（虛擬斷路），幾乎沒有電流注入和流出，那么R1和R2相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過一個串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過R2的電流是相同的。

流過R1的電流I1 = (Vi - V-)/R1，流過R2的電流I2 = (V- - Vout)/R2 ，又因虛擬短路V- = V+ = 0 ，固I1 = I2 ，求解上面的初中代數(shù)方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了。

**特別注意，這里的V- 和V+跟電源的正負(fù)極無關(guān)，V-只是根據(jù)二極管的特性相對于0電位點是個反向電壓，電流就必須流入R2 而不會走二極管的方向。圖中的+- 15v 大家不要糾結(jié)，只是說在電路不同方向相對于0電位點的電壓，因為電流流入R2 所以上端為正?。?！

再說直白點兒 ，op-amp 的電路就是利用二極管的單向性來模擬一個巨大的電阻，使得電路處于虛擬斷路的狀態(tài)，強(qiáng)行把并聯(lián)電路擰成串聯(lián)電路，由于V+接地，所以V- 在電路中相當(dāng)于反向電壓，這就是虛擬斷路，但R1 R2 是串聯(lián)關(guān)系，又得保證電流相等，那必然電阻大的電壓分的高，之前的公式中Vout = (-R2/R1)*Vi，也就是說R2/R1的比例就是電壓的放大倍數(shù)，所以很小的脈沖電流也可以被輕易地探測到了。

反過來說，我們?nèi)绻繰2/R1 的比值，也可以將擴(kuò)音器接入OP-AMP 中，進(jìn)而一段聲波流入，脈沖電流就會隨聲波的震動而變化，這就是所謂的聲吶！在軍事領(lǐng)域有廣大的應(yīng)用，多普勒雷達(dá)，潛艇聲吶等等.....

04

就再舉一例吧

圖二中Vi與V-之間構(gòu)成虛擬短路，則 Vi = V-， 因為V-端為虛擬斷路，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過R1和R2 的電流相等，（相對于Vout輸出電壓來說，R1 R2串聯(lián)）。設(shè)此電流為I，由歐姆定律得： I = Vout/(R1+R2) ， Vi等于R2上的分壓（注意，這就是虛擬短路Vi是輸入電流，而R2直接接地） 即：Vi = I R2 由此式得Vout=Vi (R1+R2)/R2 這就是同向放大器的公式了。

我再做簡單解釋，這個電路的精妙就在于利用虛擬斷路，將R1 在輸入電路中移除，但輸出電路中依然是串聯(lián)，輸入和輸出電路的總電阻不一樣，維了保證電流相等，所以電壓自然在輸出端要增大。 這是正向放大，正向放大適用于輸出，例如增強(qiáng)信號，在網(wǎng)絡(luò)通信中常見，反向放大用于探測多一些，比如接收信號時。