理想運算放大器.doc

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1、理想運算放大器4.4.1理想運放的技術指標在分析集成運放的各種應用電路時,常常將其中的集成運放看成是一個理想運算放大器。所謂理想運放就是將集成運放的各項技術指標理想化,即認為集成運放的各項指標為:開環(huán)差模電壓增益Aod=∞;差模輸入電阻rid=∞;輸出電阻r。=0;共模抑制比KCMR=∞;輸入失調電壓U10、失調電流I10以及它們的溫漂αU10、αI10均為零;輸入偏置電流IIB=0;-3dB帶寬?H=∞,等等。實際的集成運算放大器當然不可能達到上述理想化的技術指標。但是,由于集成運放工藝水平的不斷改進,集成運放產

2、品的各項性能指標愈來愈好。因此,一般情況下,在分析估算集成運放的應用電路時,將實際運放視為理想運放所造成的誤差,在工程上是允許的。在分析運放應用電路的工作原理時,運用理想運放的概念,有利于抓住事物的本質,忽略次要因素,簡化分析的過程。在隨后幾章的分析中,如無特別的說明,均將集成運放作為理想運放來考慮。4.4.2理想運放工作在線性區(qū)時的特點在各咱應用電路中,集成運放的工作范圍可能有兩種情況:工作在線性區(qū)或工作在非線性區(qū)。當工作在線性區(qū)時,集成運放的輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在著線性放大關系,即uO=Aod(u

3、+—u-)(4.5.1)式中uO是集成運放的輸出端電壓;u+和u-分別是其同相輸入端和反相輸入端電壓;Aod是其開環(huán)差模電壓增益。如果輸入端電壓的幅度比較大,則集成運放的工作范圍將超出線性放大區(qū)域而到達非線性區(qū),此時集成運放的輸出、輸入信號之羊將不滿足式(4.5.1)所示的關系式。當集成運放分別工作在線性區(qū)或非線性區(qū)時,各自有若干重要的特點,下面分別進行討論。理想運放工作在線性區(qū)時有兩個重要特點:1.理想運放的差模輸入電壓等于零由于運放工作在線性區(qū),故輸出、輸入之間符合式(4.5.1)所示的關系式。而且,因理想運放

4、的Aod=∞,所以由式(4.5.1)可得即u+=u-上式表示運放同相輸入端與反相輸入端兩點的電壓相等,如同將該兩點短路一樣。但是該兩點實際上并未真正被短路,只是表面上似乎短路,因而是虛假的假路,所以將這種現象稱為“虛短”。實際的集成運放Aod≠∞,因此u+與u-不可能完全相等。但是當Aod=10V時,若Aod=105,則u+-u-=0.1mV;若Aod=107,則u+-u-=1μV??梢娫谝欢ǖ膗O值之下,集成運放的Aod愈大,則u+與u-差值愈小,將兩點視為“虛短”的帶來的誤差也愈小。2.理想運放的輸入電流等于零

5、由于理想運放的差模輸入電阻rid=∞,因此在其兩個輸入端均沒有電流。此時,運放的同相輸入端的電流都等于零,如同該兩點被斷開一樣,這種現象稱為“虛斷”。“虛短”和“虛斷”是理想運放工作在線性區(qū)時的兩點重要結論。這兩點重要結論常常作為今后分析許多運放應用電路的出發(fā)點,因此必須牢牢掌握。4.4.3理想運放工作在非線性區(qū)時的特點如果運放的工作信號超出了線性放大的范圍,則輸出電壓不再隨著電壓線性增長,而將達到飽和,集成運放的傳輸特性。理想運放工作在非線性區(qū)時,也有兩個重要的特點:1.理想運放的輸出電壓UO的值只有兩種可能:或

6、等于運放的下向最大輸出電壓+UOPP,或等于其負向最大輸出電壓-UOPP。當u+>u-時,uO=+UOPP當u+<u-時,uO=-UOPP在非線性區(qū)內,運放的差模輸入電壓(u+-u-)可能很大,即u+≠u-。也就是說,此時,“虛短”現象不復存在。2.理想運放的輸入電流等于零在非線性區(qū),雖然運放兩個輸入端的電壓不等,即u+≠u-,但因為理想運放的rid=∞,故仍認為此時的輸入電流等于零,實際的集成運放Aod≠∞,因此當u+與u-差值比較小,能夠滿足關系Aod(u+-u-)<UOPP時,運放應該仍然工作在線性范圍內,實

7、際運放的偉輸特性如圖4.5.2中虛線所示。但因集成運放的Aod值通常很高,所以線性放大的范圍很小。如上所述,理想運放工作在線性區(qū)或非線性區(qū)時,各有不同的特點。因此,在分析各種應用電路的工作原理時,首先必須判斷其中的集成運放究竟工作在哪個區(qū)域。集成運放的開環(huán)差模電壓增益Aod通常很大,如不采取適當措施,即使在輸入端加上一個很小的電壓,仍有可能使集成運放超出線性工作范圍。為了保證集成運放工作在線性區(qū),一般情況下,必須在電路中引入深度負反饋,以減小直接施加在集成運放兩個輸入端的凈輸入電壓。關于負反饋,將在本書第五章進行介

8、紹

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