理想運放

理想運放，電子物理學概念，通過電阻元件（或者更普遍地通過阻抗元件）施加的負反饋可以產生兩種經典的閉環運放配置中的任何一種：反相放大器和非反相放大器。這些配置中的閉環增益的經典等式顯示，放大器的增益基本上只取決於反饋元件。另外，負反饋還可以提供穩定、無失真的輸出電壓。

基本介紹

• 中文名：理想運放
• 外文名：Ideal operational amplifier
• 釋義：集成運放特性理想化
• 條件：理想運放Rid=∞、Rod=0、Aud=∞
• 狀態特性：線性和非線性
• 學科：電子工程術語

性能指標

在分析集成運放的各種套用電路時，常常將其中的集成運放看成是一個理想的運算放大器。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：

(1)開環差模電壓增益：A_od=∞。

(2)差模輸入電阻：r_id=∞。

(3)輸出電阻：r_o=0。

(4)共模抑制比：A_od=∞

(5)輸入失調電壓、失調電流以及它們的零漂均為零。

實際的集成運放當然達不到上述理想化的技術指標，但集成運算放大器的開環電壓放大倍數很高，一般大於10^4。集成運算放大器的輸入電阻由於採用由複合管等組成的差分式輸入電路，阻值很高，達到兆歐量級。集成運算放大器的輸出電阻由於採用互補對稱式輸出電路，阻值較低，一般只有幾十歐。而且由於集成運放工藝水平的不斷提高，集成運放產品的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套用電路時，將實際運放看成理想運放所造成的誤差，在工程上是允許的。

理想運放條件

第一，假設流入運放輸入端的電流為零。這個假設對於FET運放幾乎是完全正確的，因為對於FET運放的輸入電流在1PA以下。但對於雙極高速運放，這個假設不總是正確的，因為雙極運放的輸入電流有時可以到數十微安。

第二，假設運放的增益為無窮大，因此，運放可以使輸出電壓擺動到任意的數值，以滿足輸入條件。這個假設的意思是說，運放的輸出電壓可以達到任意值，實際上，當輸出電壓接近電源電壓時，運放便進入飽和。然而，現實世界並沒有否定這個假設，只是設了一個限度。

第三，無窮大增益的假設還意味著輸入信號必須為零。運放的增益會把輸出電壓一直驅動到使兩個輸入端之間的電壓（誤差電壓）為零。兩個輸入端之間的電壓為零。兩個輸入端之間電壓為零的意思是如果一個輸入端連線到一個像地這樣的硬電壓源上，那么另一個輸入端也將處於同一電位上。另外，由於流入輸入端的電流為零，所以運放的輸入阻抗是無窮大。

第四，理想運放的輸出阻阬為零。理想運放可以驅動任何負載，而自己不會因輸出阻抗而產生任何電壓降。在小電流下，大多數運放的輸出阻抗在零點幾歐姆的範圍，所以，這個假設在大多數情況下是成立的。

工作狀態特性

運放示意圖如圖1所示。

線性特性

(1)工作線上性狀態的理想運放兩輸入端的電壓相等，即

圖1 理想運放線性工作狀態特性圖

v_P=v_N

這種特性稱為“虛短”特性。

(2)工作線上性狀態的理想運放兩輸入端的電流都為零，即

i_P=i_N=0

這種特性稱為“虛斷”特性。

非線性特性

(1)限幅

集成運放工作於非線性狀態時，其輸出電壓將隨差模信號電壓的變化快速地轉變到另一恆定值，其輸出電壓vo只有兩種可能：

當v_P>v_N時，v_o=+V_OM

當v_P<v_N時，vo=-V_OM

V_OM取決於集成運放輸出級電路結構和電源供電電路。

(2)虛斷

輸出電壓恆等於V_OH(v_P>v_N)或V_OL(v_P<v_N)，而v_P=v_N時輸出改變狀態和兩輸入端電流為零(即“虛斷”特性)是理想運放非線性工作狀態時的兩點重要特性。