運算放大器

運算放大器是類比電子學裡的「樂高積木」。把它想成一塊小晶片，盯著兩個輸入端，只要兩端之間出現一丁點電壓差，它就會劇烈反應：把這個電壓差乘上一個很大的倍數，從唯一的輸出端送出。單獨來看它敏感得幾乎沒用，但只要在它周圍接上幾顆電阻，它就成了整個領域中最靈活的基礎元件。

嚴格地說，它是一個高增益的差動放大器，有兩個輸入端（標示負號的反相輸入、標示正號的非反相輸入）和一個輸出端，由正負兩條電源軌供電。輸出等於 A 乘以（V+ 減 V-），其中 A 是開迴路增益，通常為十萬到一百萬以上。因為 A 太大，即使兩輸入只差 0.1 mV，在 A 等於十萬時也會要求 10 V 的輸出，所以單獨使用時輸出只會撞上電源軌而飽和。妙處在於把一部分輸出回送到反相輸入（負回授），這就把狂野的增益馴服成精準、可控的增益。

「運算」之名源自類比計算機：這些放大器當年用來執行數學運算，加、減、積分、微分。如今一顆好用的運放只要幾塊錢、裝在 8 隻腳的封裝裡，配上兩顆電阻就能設定精確的增益。幾乎每一個類比訊號，從麥克風、感測器到音訊輸出，都會經過它。掌握運放，你就能設計真正的電路。