【任務】設計一個反相比例放大器，放大倍數為200，輸入電阻Ri為200k(與前級電路阻抗匹配)，輸入電壓ui為0~±50mV直流。

【構思】最直接的想法是根據運放的虛短虛斷原理，構建輸入輸出反相比例放大關系式：A=uo/ui=-Rf/Ri，使用uA741運放。

一. 確定運放電源電壓

最大輸入電壓為50mV，放大倍數A=200，輸出最大電壓為200*50*10^(-3)=10V，運放的電源電壓必須必最大的輸出電壓10V大，而且輸出電壓有正負，所以選擇典型的±15V作為運放的電源。

二. 構建反相比例放大器

觀察式子 A=uo/ui=-Rf/Ri，發現它與電阻分壓公式很像，只是多了一個負號而已。基本的電阻分壓電路如下：

遺憾的是，上面的電阻分壓電路關系式為：uo/ui=Rf/(Ri+Rf)，沒有負號，分母也不對。怎么辦?我們不妨試錯碰碰運氣，挪一挪接地點的位置，比如變成下面的電路：

試算一下上圖的關系，因為串聯電阻的電流相等(顯然接地點電位為0)，所以(ui-0)/Ri=(0-uo)/Rf，稍作變化就得到：uo/ui=-Rf/Ri，這與前面的設計要求不謀而合，運氣不錯!

設計到此就完結了嗎?不是!電阻分壓電路的最大缺陷是輸入阻抗太小(這會影響前級電路的驅動能力)，而且輸入與輸出會共變共擾。基于以上缺點，我們必須在輸入信號ui與輸出信號uo之間加入一個高阻抗，而且有信號放大能力的器件，運放是首選(以uA741為例，前面已確定采用±15V電源)：

怎樣融合上面兩個電路，這樣花點心思。首先要明白：負反饋可以獲得穩定的放大倍數(正反饋不能)，所以Rf必須跨接在輸入端與輸出端，而且輸入端必須接反相端，也就是說：輸出信號的變化方向與反相輸入端的變化方向相反，一個增加則另一個減小，一個減小則另一個增加。

上面已說過，輸入信號ui必須接到反相端，而且輸入電阻為Ri，輸出uo當然是運放的輸出：

因為Ri與Rf的連接處須接地，而運放有虛短的特性(雖然與GND同電位，但阻抗極高)，所以運放的同相端接地在電位上與在反相端接地是等效的：

再次重申：雖然運放2,3腳與GND等電位，但是2,3腳之間有很大的阻抗，這與等電位的絕緣體類似。

構思到這里，上面的電路依然有缺陷：即使當ui=0時，由于同相與反相輸入的外部電路不對稱，uo依然不為0，這會給后級電路帶來麻煩。因此，必須使“零輸入零輸出”，可在同相端接入一個電阻(稱為平衡電阻Rp):

關于平衡電阻Rp的計算，請看下回分解。

(未完待續)