运算放大器具有三个基本端口:反馈(-),非反馈(+)和电源端口。其中反馈和非反馈两个端口将输入信号和输出信号连接,根据不同的连接方式,可以实现不同的电路功能。最基础的电路就是反馈电路,它将一部分输出信号送回到输入端口,从而实现增益放大和稳定性增强等功能。
实际的反馈电路分为正反馈和负反馈两种。其中,负反馈电路是最常见的类型,它通过串联电阻或电容等元件将一部分输出信号送回到输入端口,能够实现高增益、低失真、可控制偏置电压等优点。而正反馈电路则是将一部分输出信号加到输入端口,从而实现振荡等特殊功能。
运算放大器可以实现比较器电路,其中,以电阻分压器为例的简单电路如下图所示:
当输入电压Vin高于参考电压Vref时,输出信号Vo接近正极限电压;当输入电压Vin低于参考电压Vref时,输出信号Vo接近负极限电压。这种电路可以被当做简单的开关使用,广泛应用于触发电路和自动控制系统中。
运算放大器可以用来实现各种类型的电子滤波器,例如低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。其中,低通滤波器的电路图如下图所示:
该电路主要由电容和电阻组成,输出信号由非反馈端输出。当输入信号频率增大时,电容的阻抗减小,电阻和电容的并联等效阻值减小,从而输出信号幅度减小。因此,该滤波器可以通过调整电阻和电容的数值来控制截止频率。
运算放大器还可以实现微积分运算,分别对应积分器和微分器电路。其中,积分器电路的电路图如下:
该电路中电容器被连接在反馈回路中,当输入信号为正弦波时,输出信号为余弦波,相位滞后90度。因此,该电路可以被用来滤除高频噪声、积累电信号等;而微分器电路则是将电容转移到输入端口,实现对输入信号的微分,进而实现波形锐化、高频信号增益等功能。