理想集成运放

为便于分析，通常将集成运放看成理想集成运放。所谓的理想集成运放就是将实际的集成运放性能指标理想化，以便于电路的分析和计算。由于实际集成运放的性能指标与理想运放比较接近，所以用理想运放代替实际运放所引起的误差并不大，在工程计算中是允许的，而且可以使运放应用电路的分析简化。具体地说，这些理想化的性能指标为：

开环差模电压放大倍数A_od≈∞；差模输入电阻r_id≈∞；输出电阻r_o≈0；共模抑制比K_CMR≈∞等。

1、理想集成运放在线性区的特点

设集成运放同相输入端和反相输入端的电位分别为u_p和u_n，电流分别为i_p和i_n。当集成运放工作在线性区时，输出电压与输入差模电压呈线性关系，即应满足

(1)

由于u_o为有限值，对于理想集成运放A_od≈∞，因而净输入电压u_p-u_n=0，即u_p=u_n。

这个结论称两个输入“虚短路”。所谓“虚短路”是指集成运放的两个输入端电位无穷接近，但又不是真正短路的特点。

因为净输入电压为零，又因为理想集成运放的输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零，即i_p=i_n=0。

换句话说，即从集成运放输入端看进去相当于断路，称两个输入端“虚断路”。所谓“虚断路”是指集成运放两个输入端的电流趋于零，但又不是真正断路的特点。

应当特别指出，“虚短”和“虚断”是非常重要的概念。对于集成运放工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的两个基本出发点。

2、集成运放工作在线性区的电路特征

对于理想集成运放，由于A_od≈∞，因而若两个输入端之间加无穷小电压，则输出电压就将超出其线性范围，不是正向最大电压 U_OM，就是负向最大电压-U_OM；因此，只有电路引入负反馈，才能保证集成运放工作在线性区，集成运放工作在线性区的特征是电路引入了负反馈。

对于单个集成运放，通过无源的反馈网络将集成运放的输出端和反相输入端连接起来，就表明电路引入了负反馈，如图1所示。因此，可以通过电路是否引入了负反馈，来判断电路是否工作在线性区。

图1 集成运放引入负反馈

3、理想集成运放的非线性工作区

在电路中，若集成运放处于开环状态（既没有引入负反馈），或只是引入了正反馈，则表明集成运放工作在非线性区。

对于理想集成运放，由于差模增益无穷大，只要同相输入端与反相输入端之间有无穷小的差值电压，输出就将达到正的最大值或负的最大值，即输出电压与输入电压不再是线性关系，称集成运放工作在非线性工作区，其电压传输特性如图2所示。

图2 理想集成运放工作在非线性区的电压传输特性

理想集成运放工作在非线性工作区的两个特点如下:

①输出电压u_o只有两种可能的情况，分别为 U_OM或-U_OM。当u_p>u_n时，u_o= U_OM；当u_pn时，u_o=-U_OM。

②由于理想集成运放的差模输入电阻无穷大，故净输入电流为零，即i_p=i_n=0。

可见，理想集成运放工作在非线性区时仍具有“虚断”的特点，但其净输入电压不再为零，而取决与电路的输入信号。对于集成运放工作在非线性区的应用电路，上述两个特点是分析其输入信号和输出信号的基本出发点。