[科普中國(guó)]-理想運(yùn)放

理想運(yùn)放，電子物理學(xué)概念，通過電阻元件（或者更普遍地通過阻抗元件）施加的負(fù)反饋可以產(chǎn)生兩種經(jīng)典的閉環(huán)運(yùn)放配置中的任何一種：反相放大器和非反相放大器。這些配置中的閉環(huán)增益的經(jīng)典等式顯示，放大器的增益基本上只取決于反饋元件。另外，負(fù)反饋還可以提供穩(wěn)定、無失真的輸出電壓。

性能指標(biāo)在分析集成運(yùn)放的各種應(yīng)用電路時(shí)，常常將其中的集成運(yùn)放看成是一個(gè)理想的運(yùn)算放大器。所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，即認(rèn)為集成運(yùn)放的各項(xiàng)指標(biāo)為：

(1)開環(huán)差模電壓增益：Aod=∞。

(2)差模輸入電阻：rid=∞。

(3)輸出電阻：ro=0。

(4)共模抑制比：Aod=∞

(5)輸入失調(diào)電壓、失調(diào)電流以及它們的零漂均為零。

實(shí)際的集成運(yùn)放當(dāng)然達(dá)不到上述理想化的技術(shù)指標(biāo)，但集成運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)很高，一般大于104。集成運(yùn)算放大器的輸入電阻由于采用由復(fù)合管等組成的差分式輸入電路，阻值很高，達(dá)到兆歐量級(jí)。集成運(yùn)算放大器的輸出電阻由于采用互補(bǔ)對(duì)稱式輸出電路，阻值較低，一般只有幾十歐。而且由于集成運(yùn)放工藝水平的不斷提高，集成運(yùn)放產(chǎn)品的的各項(xiàng)性能指標(biāo)愈來愈好。因此，一般情況下，在分析估算集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時(shí)，將實(shí)際運(yùn)放看成理想運(yùn)放所造成的誤差，在工程上是允許的。1

理想運(yùn)放條件第一，假設(shè)流入運(yùn)放輸入端的電流為零。這個(gè)假設(shè)對(duì)于FET運(yùn)放幾乎是完全正確的，因?yàn)閷?duì)于FET運(yùn)放的輸入電流在1PA以下。但對(duì)于雙極高速運(yùn)放，這個(gè)假設(shè)不總是正確的，因?yàn)殡p極運(yùn)放的輸入電流有時(shí)可以到數(shù)十微安。

第二，假設(shè)運(yùn)放的增益為無窮大，因此，運(yùn)放可以使輸出電壓擺動(dòng)到任意的數(shù)值，以滿足輸入條件。這個(gè)假設(shè)的意思是說，運(yùn)放的輸出電壓可以達(dá)到任意值，實(shí)際上，當(dāng)輸出電壓接近電源電壓時(shí)，運(yùn)放便進(jìn)入飽和。然而，現(xiàn)實(shí)世界并沒有否定這個(gè)假設(shè)，只是設(shè)了一個(gè)限度。

第三，無窮大增益的假設(shè)還意味著輸入信號(hào)必須為零。運(yùn)放的增益會(huì)把輸出電壓一直驅(qū)動(dòng)到使兩個(gè)輸入端之間的電壓（誤差電壓）為零。兩個(gè)輸入端之間的電壓為零。兩個(gè)輸入端之間電壓為零的意思是如果一個(gè)輸入端連接到一個(gè)像地這樣的硬電壓源上，那么另一個(gè)輸入端也將處于同一電位上。另外，由于流入輸入端的電流為零，所以運(yùn)放的輸入阻抗是無窮大。

第四，理想運(yùn)放的輸出阻阬為零。理想運(yùn)放可以驅(qū)動(dòng)任何負(fù)載，而自己不會(huì)因輸出阻抗而產(chǎn)生任何電壓降。在小電流下，大多數(shù)運(yùn)放的輸出阻抗在零點(diǎn)幾歐姆的范圍，所以，這個(gè)假設(shè)在大多數(shù)情況下是成立的。

工作狀態(tài)特性運(yùn)放示意圖如圖1所示。

線性特性(1)工作在線性狀態(tài)的理想運(yùn)放兩輸入端的電壓相等，即

vP=vN

這種特性稱為“虛短”特性。

(2)工作在線性狀態(tài)的理想運(yùn)放兩輸入端的電流都為零，即

iP=iN=0

這種特性稱為“虛斷”特性。

非線性特性(1)限幅

集成運(yùn)放工作于非線性狀態(tài)時(shí)，其輸出電壓將隨差模信號(hào)電壓的變化快速地轉(zhuǎn)變到另一恒定值，其輸出電壓vo只有兩種可能：

當(dāng)vP>vN時(shí)，vo=+VOM

當(dāng)vPvN)或VOL(vP