運算放大器簡稱為運放，它是一種放大設(shè)備，通常在其輸入輸出端子之間與電容器和電阻器之類的組件一起使用，本質(zhì)上是模擬設(shè)備的核心部分。在本文中英銳恩單片機開發(fā)工程師，將對單端模式和差分放大器做一個簡單介紹。

在電路圖的繪制過程中，為了便于繪制復(fù)雜的電路圖，電子運算放大器通常以簡單的三角形來表示，其中內(nèi)部組件未單獨表示。對于運放的結(jié)構(gòu)與整個電路的更大功能無關(guān)的情況，這種符號看起來很方便：

其中，+V和-V連接分別表示直流電源的正極和負(fù)極。輸入和輸出電壓連接顯示為單導(dǎo)體，因為假定所有信號電壓均參考電路中稱為地的公共連接。通常（但并非總是如此?。?，直流電源的一極（正極或負(fù)極）是該接地參考點。實際的運算放大器電路（顯示輸入電壓源，負(fù)載電阻和電源）可能如下所示：

一、運放放大器電路的功能

無需分析運放的實際晶體管設(shè)計，您就可以輕松辨別整個電路的功能：獲取輸入信號（V in），對其進(jìn)行放大并驅(qū)動負(fù)載電阻（R load）。為了完成以上示意圖，為任何需要的數(shù)學(xué)分析指定該運放的增益（Av，Ai，Ap）和Q（偏置）點將是很好的。

如果運放必須能夠向負(fù)載輸出真實的交流電壓（極性相反），則可以使用分離的直流電源，從而使接地點在“ + V”和“-V”之間電“居中”。有時將分離式電源配置稱為雙電源。

該運算放大器的整體電壓仍為30伏，但是使用分壓直流電源時，負(fù)載電阻兩端的輸出電壓現(xiàn)在可以從理論最大值+15伏變化為-15伏，而不是+30伏變化為0伏特 這是從放大器獲得真正的交流（AC）輸出的簡單方法，而無需在輸出上采用電容或電感（變壓器）耦合。該放大器的輸出在截止和飽和之間的峰峰值幅度保持不變。

二、差分放大器

通過用三角形符號表示較大電路中的晶體管放大器，我們可以簡化研究和分析更復(fù)雜的放大器和電路的任務(wù)。我們將研究的這些更復(fù)雜的放大器類型之一稱為差分放大器。與普通放大器會放大單個輸入信號（通常稱為單端放大器）不同，差分放大器會放大兩個輸入信號之間的電壓差。使用簡化的三角形放大器符號，差分放大器如下所示：

在三角形放大器符號的左側(cè)可以看到兩條輸入引線，在右側(cè)可以看到輸出引線，在頂部和底部可以看到+ V和-V電源引線。與其他示例一樣，所有電壓均參考電路的接地點。請注意，一根輸入導(dǎo)線標(biāo)有（-），另一根標(biāo)有（+）。因為差分放大器會放大兩個輸入之間的電壓差，所以每個輸入都會以相反的方式影響輸出電壓?？紤]下表中電壓增益為4的差分放大器的輸入/輸出電壓表：

（+）輸入上的正電壓逐漸趨向于將輸出電壓驅(qū)動為更正，而（-）輸入上的正電壓日益趨向于將輸出電壓驅(qū)動為更負(fù)。同樣，（+）輸入上越來越負(fù)的電壓也趨向于將輸出驅(qū)動為負(fù)，而（-）輸入上越來越負(fù)的電壓也正相反。由于輸入和極性之間的這種關(guān)系，（-）輸入通常稱為反相輸入，而（+）通常稱為同相輸入。將差分放大器視為由敏感電壓表控制的可變電壓源可能會有所幫助，例如：

需要注意的是，以上圖示僅是幫助理解差分放大器行為的模型。這不是其實際設(shè)計的現(xiàn)實示意圖。“ G”符號表示振鏡，是靈敏的電壓表運動。連接在+ V和-V之間的電位計在輸出引腳（參考DC電源的一側(cè)）提供可變電壓，該可變電壓由檢流計的讀數(shù)設(shè)置。必須理解，任何由差分放大器的輸出供電的負(fù)載都將從直流電源（電池）獲取電流，而不是從輸入信號獲取電流。輸入信號（到檢流計）僅控制輸出。首先，這個概念可能會使剛接觸放大器的學(xué)生感到困惑。由于所有這些極性和極性標(biāo)記（-和+）周圍，很容易造成混淆，并且不知道差分放大器的輸出是什么。要解決這種潛在的混亂，請記住以下簡單規(guī)則：

三、輸入輸出極性關(guān)系

當(dāng)差分電壓的極性與反相和同相輸入的標(biāo)記匹配時，輸出將為正。當(dāng)差分電壓的極性與輸入標(biāo)記沖突時，輸出將為負(fù)。這與基于輸入電壓極性的數(shù)字電壓表顯示的數(shù)學(xué)符號有些相似。電壓表的紅色測試導(dǎo)線（由于紅色通常與電子線路中電源的正極相連，因此通常稱為“正”導(dǎo)線）比黑色的正極更正，電表將顯示正電壓值，反之亦然：

就像電壓表僅顯示其兩條測試線之間的電壓一樣，理想的差分放大器僅會放大其兩個輸入連接之間的電位差，而不是放大其中任何一個連接與地之間的電壓。就像數(shù)字電壓表的帶符號指示一樣，差分放大器的輸出極性取決于兩個輸入連接之間的差分電壓的相對極性。

四、差分放大器的用途

如果此放大器的輸入電壓表示數(shù)學(xué)量（如模擬計算機電路中的情況）或物理過程測量（如模擬電子儀器電路中的情況），則可以看到差分放大器等設(shè)備的性能如何。很有用。我們可以使用它來比較兩個量，以查看哪個量更大（根據(jù)輸出電壓的極性），或者我們可以比較兩個量之間的差（例如，兩個儲罐中的液位）并標(biāo)記一個警報（基于如果放大器之間的差值變得太大，則為絕對值）。在基本的自動控制電路中，將控制量（稱為過程變量）與目標(biāo)值（稱為設(shè)定點）進(jìn)行比較），并根據(jù)這兩個值之間的差異來決定如何采取行動。電子控制這種方案的第一步是使用差分放大器放大過程變量和設(shè)定值之間的差異。在簡單的控制器設(shè)計中，該差分放大器的輸出可直接用于驅(qū)動最終控制元件（例如閥門），并使過程合理地接近設(shè)定值。

以上就是英銳恩單片機開發(fā)工程師分享的有關(guān)運放的單端模式與差分放大器知識。英銳恩專注單片機應(yīng)用方案設(shè)計與開發(fā)，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機、運放芯片和模擬開關(guān)。