集成运算放大器的工作区域及应用

1.运放工作在线性工作区时的特点

在集成运放应用电路中，运放的工作范围有两种情况：工作在线性区或工作在非线性区。

线性工作区是指输出电压uo与输入电压ui成正比时的输入电压范围。在线性工作区，集成运放uo与ui之间的关系可表示为

式中，Aod为集成运放的开环差模电压放大倍数，u＋和u－分别为同相输入端和反相输入端电压。由于集成运放的开环差模电压放大倍数Aod很大，而输出电压uo为有限值，故输入信号的变化范围很小，即集成运放开环时线性区很小。以F007为例，其Aod＝105，最大不失真输出电压Uom＝±10V，则由式（5－1）可得其线性区为－0.1～＋0.1mV。显然，这么小的线性范围是无法对实际输入信号进行放大的。实际应用时，采用外加负反馈的方法，扩大线性范围。这是运放线性应用电路结构的共同点。仍以上述F007为例，如外加负反馈，使闭环差模电压放大倍数降低到100，则线性范围为－100～＋100mV。这样的线性范围一般可以满足实际输入信号的要求。

对于理想运放，Aod＝∞；而uo为有限值，故由式（5－1）可知，工作在线性区时，有：u＋－u－≈0，即

这一特性称为理想运放输入端的“虚短”。“虚短”和“短路”是截然不同的两个概念，“虚短”的两点之间，仍然有电压，只是电压十分微小；而“短路”的两点之间，电压为零。

由于理想运放的输入电阻rid＝ric＝∞，而加到运放输入端的电压u＋－u－有限，所以运放两个输入端的电流：

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这一特性称为理想运放输入端的“虚断”。同样，“虚断”与“断路”不同，“虚断”是指某一支路中电流十分微小；而“断路”则表示某支路电流为零。

式（5－2）和式（5－3）是分析理想运放线性应用电路的重要依据。为书写方便，以后将式中的“≈”写为“＝”。

2.运放工作在非线性工作区时的特点

集成运放的非线性工作区是指其输出电压uo与输入电压u＋－u－不成比例时的输入电压取值范围。在非线性工作区，运放的输入信号超出了线性放大的范围，输出电压不再随输入电压线性变化，而是达到饱和，输出电压为正向饱和压降UOH（正向最大输出电压）或负向饱和压降UOL（负向最大输出电压），如图5.7所示。

图5.7　集成运放的传输特性

理想运放工作在非线性区时，由于rid＝ric＝∞，而输入电压总是有限值，所以不论输入电压是差模信号还是共模信号，两个输入端的电流均为无穷小，即图5.1所示的集成运放的传输特性仍满足“虚断”条件：

为使运放工作在非线性区，一般使运放工作在开环状态，也可外加正反馈。