運算放大器，運放，在電路設計中非常常見。通過運放，能夠實現很多複雜的電路，但也因此成為(wei) 最難理解的電子元器件。在此，我們(men) 以LM741作為(wei) 例子，學習(xi) 運放的基本特性。

一、運放IC

LM741應該是史上最為(wei) 成功的IC之一了。先來看一下它的引腳定義(yi) ：

圖1-LM741經典運放引腳定義(yi)

重點關(guan) 注：

• Inverting input，反相輸入
• Non-Inverting input，正相輸入
• Output，輸出
• Positive supply，電源正極
• Negative/Ground supply，電源負極/接地

二、比較器電路搭建

運放最簡單的應用，就是作為(wei) 比較器。由於(yu) 運放的放大倍數很大，一般來說都會(hui) 接上反饋來使用。但是，作為(wei) 比較器時，可以不用接反饋，電路也相應簡單：

圖2-運放作為(wei) 比較器的簡單電路圖

圖中，三角形符號用於(yu) 表示運放，其中，隻顯示了正相輸入、反相輸入和輸出，沒有顯示電源正負極。雖然符號裏麵沒有電源正負極，但仿真軟件（我使用的是EveryCircuit軟件）在運放的設置參數中是有電源正負極輸入的，目前設置的是±9V。

圖3-運放的電源正負極設置

回到圖2，在“正相輸入”和“負相輸入”接有電壓表，在“輸出”也接有電壓表。

可以看到“正相輸入”連接一個(ge) 開關(guan) ，開關(guan) 可以切換到0.1V（100mV）和0V。“負相輸入”直接接地。

三、比較器工作方式

在圖2中，當前狀態下，開關(guan) 切換到0V，“正相輸入”和“負相輸入”都是接地，運放兩(liang) 個(ge) 輸入端電壓相同。通過電壓表讀數，看到運放輸出是0V。

當開關(guan) 切換到0.1V，“正相輸入”比“負相輸入”大，運放輸出是+9V，如下圖：

圖4-比較器輸出正電壓

好，現在我們(men) 將0.1V電源換個(ge) 方向，這樣實際“正相輸入”的是-0.1V，比“負相輸入”的電壓要低，看看輸出是什麽(me) ？

圖5-比較器輸出負電壓

輸出是-9V。

想一想，比較器這種工作方式是不是符合預期？

我來解釋一下：

1. 運放作為比較器，正相和反相兩個輸入端，誰電壓大，輸出就是正或負。
2. 所謂輸出的正或負，就是電源的正或負。
3. 因為運放開路增益非常大，兩個輸入端就算是微小的差異，也會獲得極大的輸出，導致輸出直接飽和（saturation）的狀態，即達到電源的正或負。實際上比電源正或負，還會略小一點。

四、動手實驗

我們(men) 在麵板上搭建一個(ge) 運放比較器實驗電路，如下：

圖6-麵包板上用運放搭建比較器（LM741，LM324，LM358皆可）

等效電路圖為(wei) ：

圖7-運放搭建比較器電路

首先，萬(wan) 用表查看穩壓管兩(liang) 端電壓，為(wei) 3.37V，作為(wei) 運放反相輸入。

圖8-萬(wan) 用表檢查穩壓管兩(liang) 端電壓

其次，調節可變電阻，使其兩(liang) 端電壓小於(yu) 3.37V，比如2.09V，作為(wei) 運放正相輸入，由於(yu) 電壓小於(yu) 反相輸入，LED不點亮。

圖9-萬(wan) 用表檢查可變電阻兩(liang) 端電壓，小於(yu) 反相端，LED不點亮

最後，調節可變電阻，使其兩(liang) 端電壓大於(yu) 3.37V，比如3.43V，作為(wei) 運放正相輸入，由於(yu) 電壓大於(yu) 反相輸入，LED點亮（運放輸出為(wei) 5V）。

圖10-萬(wan) 用表檢查可變電阻兩(liang) 端電壓，大於(yu) 反相端，LED點亮