前言：

我在电子行业从业多年，最近想把这方面的知识做个整理，给有缘人享用。初步是想尽量做成一个完整的系列，看我的毅力吧。

这个系列，我并不想像传统教科书那样只是对简单的原理浅浅地叙述一遍，而是要将我在工作中实际碰到的问题，需要注意的要点，已及一些经验教训都分享给大家，希望能够成为精品系列。

自从1964年美国仙童公司研制出第一个单片集成运算放大器μA702以来，集成运算放大器得到了广泛的应用，它已成为线性集成电路中品种和数量最多的一类。因为它涵盖了很多电路知识和原理，而“放大”的作用，在生活中也比较常见，就从运算放大器开始讲解吧。

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运放的产生：

我们生活在这个世界里，通过感官感受我们身边发生的各种现象，比如冷热，明暗，吵闹寂静等等。

只是人的感觉很主观，在同一个地方，有些人觉得热，有些人觉得不热。这个时候就需要有一种客观公认的标准来衡量各种程度。

这样就有了各种各样的传感器来测量自然界的很多物理量。比如温度计测量冷热，照度计测量明暗，噪声计测量声音的高低。

传感器基本上都是把自然界的物理量转化成电信号，然后通过专用的线路和仪器测量显示出来。

不过有些参数通过传感器转化成的电信号非常小，需要把信号放大以后才能测量，把信号放大的这个线路，原本很复杂，有很多电阻电容三极管构成，类似于这样：

图源：LMV358 Functional Block Diagram
后来人们把这种线路专门做成了一款集成电路，就叫做集成运算放大器，简称运放。

运放的基本线路：

运算放大器的电气符号是这样的：

图源：wikimedia:Op-amp_symbol

集成运算放大器的目的是为了放大微弱电压信号。

运算放大器的基本电路，有反向放大电路和同相放大电路。

反向放大线路：

图源：wikimedia:Inverting_Amplifier

同向放大线路：

图源：wikimedia:Non-Inverting_Amplifier

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运算放大器最重要的特点：

要分析上面运算放大器的基本电路的放大倍数和工作原理，就要说到运放最重要的2个特性：虚短路和虚断路。

• 虚短：在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短；

• 虚断：在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。

利用这两个特性，我们来分析一下反向放大线路的工作原理和放大倍数：

1. 根据虚短原理（绿色虚线短路），图中a点和b点的电压相等：
   Va = Vb = Vgnd。

2. 根据虚断原理（红色×），电流从Vin流入，因为Rin和运放引脚认为是断路，因此没有电流流入运放，所以电流i只能通过Rf流向Vout，则：

i = （Vin-Vgnd）/Rin = （Vgnd-Vout）/Rf

设Vgnd = 0V（电压基准点），则：

Vin/Rin = -Vout/Rf；

Vout = -Rf/Rin × Vin；

所以反向放大线路的放大倍数：

A = -Rf/Rin。

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同样的，根据虚断和虚短原理，

可以求得运放同向放大线路的放大倍数为：

A = 1+R2/R1

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以上，就是运放最基本的原理，只有了解了这些以后，我们才能进一步分析它的实际应用，以及注意事项。

原理看起来很简单，但是实际运用时运放要注意的知识点非常地多，比如：

• 很多电子元件都对温度很敏感，集成运算放大器也一样。它只有在一定的温度范围内，才能正常工作。根据工作温度的范围不同，运算放大器分为三个等级，为民用，工业用和军用。其中军用的规格最为严格，适用的工作温度范围最大。

• 运放的反向放大线路的放大倍数为：A = -Rf/Rin，那么，如果Rf取10MΩ（10000K），Rin取1kΩ，我们就能得到10000倍的放大倍数吗？

• 除了放大信号，运放还能有别的用处吗？

• 在通用运放LMV358的datasheet中，这样的参数表格非常多，每个参数都是什么意思？在具体工作中起到什么作用？
  
  图源：LMV358 Electrical Characteristics

这些实际的问题，将会在后续的文章中逐一探讨，欢迎关注。

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参考资料：
LM358 DATASHEET

wikipedia:Operational amplifier

百度百科：远算放大器

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