運算放大器應用
如果電路的輸入和輸出之間存線上性關係，則稱該電路為線性電路。類似地，如果電路的輸入和輸出之間存在非線性關係，則稱該電路為非線性電路。
運算放大器可用於線性與非線性應用。以下是運算放大器的一些基本應用：
- 反相放大器
- 同相放大器
- 電壓跟隨器
本章將詳細討論這些基本應用。
反相放大器
反相放大器透過電阻$R_{1}$將輸入訊號引入其反相端，並輸出其放大後的版本。這種放大器不僅放大輸入訊號，還對其進行反相（改變其符號）。
反相放大器的電路圖如下所示：
請注意，對於運算放大器，反相輸入端的電壓等於其同相輸入端的電壓。實際上，這兩個端子之間沒有短路，但虛擬地，它們是短路的。
在上圖所示的電路中，同相輸入端連線到地。這意味著在運算放大器的同相輸入端施加了零伏電壓。
根據虛短概念，運算放大器的反相輸入端的電壓將為零伏。
該端子節點處的節點方程如下所示：
$$\frac{0-V_i}{R_1}+ \frac{0-V_0}{R_f}=0$$
$$=>\frac{-V_i}{R_1}= \frac{V_0}{R_f}$$
$$=>V_{0}=\left(\frac{-R_f}{R_1}\right)V_{t}$$
$$=>\frac{V_0}{V_i}= \frac{-R_f}{R_1}$$
輸出電壓$V_{0}$與輸入電壓$V_{i}$的比值即為放大器的電壓增益或增益。因此，反相放大器的增益等於$-\frac{R_f}{R_1}$。
請注意，反相放大器的增益帶有負號。這表示輸入與輸出之間存在1800的相位差。
同相放大器
同相放大器透過其同相端接收輸入，並輸出其放大後的版本。顧名思義，這種放大器僅放大輸入訊號，而不會反相或改變輸出訊號的符號。
電路圖如下所示：
在上圖電路中，輸入電壓$V_{i}$直接施加到運算放大器的同相輸入端。因此，運算放大器的同相輸入端的電壓將為$V_{i}$。
利用分壓原理，我們可以計算運算放大器的反相輸入端的電壓，如下所示：
$$=>V_{1} = V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)$$
根據虛短概念，運算放大器的反相輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相同。
$$=>V_{1} = V_{i}$$
$$=>V_{0}\left(\frac{R_1}{R_1+R_f}\right)=V_{i}$$
$$=>\frac{V_0}{V_i}=\frac{R_1+R_f}{R_1}$$
$$=>\frac{V_0}{V_i}=1+\frac{R_f}{R_1}$$
現在，輸出電壓$V_{0}$與輸入電壓$V_{i}$的比值，即電壓增益或同相放大器的增益等於$1+\frac{R_f}{R_1}$。
請注意，同相放大器的增益帶有正號。這表示輸入與輸出之間沒有相位差。
電壓跟隨器
電壓跟隨器是一種電子電路，其輸出跟隨輸入電壓。它是同相放大器的一種特殊情況。
如果我們將反饋電阻$R_{f}$的值視為零歐姆，或者將電阻$R_{1}$的值視為無窮大歐姆，則同相放大器將變為電壓跟隨器。電路圖如下所示：
在上圖電路中，輸入電壓$V_{i}$直接施加到運算放大器的同相輸入端。因此，運算放大器的同相輸入端的電壓等於$V_{i}$。此處，輸出直接連線到運算放大器的反相輸入端。因此，運算放大器的反相輸入端的電壓等於$V_{0}$。
根據虛短概念，運算放大器的反相輸入端的電壓與同相輸入端的電壓相同。
$$=>V_{0} = V_{i}$$
因此，電壓跟隨器的輸出電壓$V_{0}$等於其輸入電壓$V_{i}$。
因此，電壓跟隨器的增益等於1，因為電壓跟隨器的輸出電壓$V_{0}$和輸入電壓$V_{i}$相同。