運算放大器，運放，在電路設計中非常常見。通過運放，能夠實現很多復雜的電路，但也因此成為最難理解的電子元器件。在此，我們以LM741作為例子，學習運放的基本特性。

一、運放IC

LM741應該是史上最為成功的IC之一了。先來看一下它的引腳定義：

圖1-LM741經典運放引腳定義

重點關注：

• 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，就是作為比較器。由于運放的放大倍數很大，一般來說都會接上反饋來使用。但是，作為比較器時，可以不用接反饋，電路也相應簡單：

圖2-運放作為比較器的簡單電路圖

圖中，三角形符號用于表示運放，其中，只顯示了正相輸入、反相輸入和輸出，沒有顯示電源正負極。雖然符號里面沒有電源正負極，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”連接一個開關，開關可以切換到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，開關切換到0V，“正相輸入”和“負相輸入”都是接地，運放兩個輸入端電壓相同。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，現在我們將0.1V電源換個方向，這樣實際“正相輸入”的是-0.1V，比“負相輸入”的電壓要低，看看輸出是什么？

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

我們在面板上搭建一個運放比較器實驗電路，如下：

圖6-面包板上用運放搭建比較器（LM741，LM324，LM358皆可）

等效電路圖為：

圖7-運放搭建比較器電路

首先，萬用表查看穩壓管兩端電壓，為3.37V，作為運放反相輸入。

圖8-萬用表檢查穩壓管兩端電壓

其次，調節可變電阻，使其兩端電壓小于3.37V，比如2.09V，作為運放正相輸入，由于電壓小于反相輸入，LED不點亮。

圖9-萬用表檢查可變電阻兩端電壓，小于反相端，LED不點亮

最后，調節可變電阻，使其兩端電壓大于3.37V，比如3.43V，作為運放正相輸入，由于電壓大于反相輸入，LED點亮（運放輸出為5V）。

圖10-萬用表檢查可變電阻兩端電壓，大于反相端，LED點亮