1.电压传输特性

电压传输特性表示了输出电压随输入电压变化的规律，即输出电压与输入电压之间关系uo＝f（ui）的特性曲线。如图6-5所示，图中虚线表示了实际的电压传输特性，表明当输入电压在较小的范围内变化时，输出电压与输入电压之间呈线性关系。

图6-5　集成运放的电压传输特性

由于半导体元件的非线性特性和较大的开环电压放大倍数Auo，当|u＋－u－|进一步增大时，输出电压不再线性增加，出现了饱和。因此，集成运放的电压传输特性有两个工作区——线性工作区和非线性工作区（亦称饱和区）。对于理想的集成运放，由于Auo＝∞，输入电压稍有变化，输出电压即已进入饱和状态，图6-5中实线表示了理想的电压传输特性。实际集成运放的Auo很大，故实际特性很接近理想特性，线性区范围较小。若无特殊说明，本书后续分析中，对集成运放均认为是理想的。

2.理想集成运放的分析依据

工作在线性区和非线性区时，集成运放所表现出的特点及分析的方法是不一样的。

（1）集成运放线性工作的特点

当集成运放工作在线性区时，输出电压uo 和输入电压的差分形式|（u＋－u－）|呈线性放大关系，即

由于集成运放的开环电压放大倍数Auo很高，理想时Auo为∞，因此，集成运放的线性区范围非常窄，输入电压即使在小范围内波动，也会使输出在正、负饱和值之间来回翻转，也就是开环集成运放在线性区的抗干扰能力较弱。因此，要使集成运放工作在线性区，通常要引入深度电压负反馈。

如果集成运放工作在线性区，分析由它组成的电路时，有两条重要而普遍适用的结论：

1）“虚短”——集成运放两个输入端的电压近似相等，即u＋≈u－。

由于集成运放的开环放大倍数Auo很高（理想时Auo为∞），而输出电压uo 是一个有限值，由式（6-1）知

则u＋≈u－。(www.daowen.com)

上式说明，集成运放同相输入端和反相输入端近似等电位，因此，两个输入端之间好像是短路，但又不是真正的短路，故这种现象称为“虚短”。理想集成运放工作在线性区时，“虚短”现象总是存在的，而且Auo的值越大，将两输入端视为“短路”所带来的误差也越小。

如果集成运放反相端有信号输入，同相输入端接“地”时，即u＋＝0，由“虚短”现象可知，反相输入端的电位接近“地”电位，即反相输入端是一个不接“地”的“地”电位，通常称为“虚地”。

2）“虚断”——流进集成运放两个输入端的电流近似等于零，即i＋＝i－≈0。

由于集成运放开环输入电阻很高（理想时rid＝∞），输入回路相当于断路，故从两个输入端流入的电流可以忽略不计，如同这两端被断开一样，但实际并不是真的断开，这种现象称为“虚断”。理想的集成运放无论工作在线性区还是非线性区，“虚断”现象总是存在的。

集成运放工作在线性区时，“虚短”和“虚断”是分析各种集成运放电路的重要依据，它简化了集成运放电路的分析和计算过程，因此须牢牢掌握。

（2）集成运放非线性工作（饱和状态）的特点

由于集成运放的Auo值通常很高，所以线性放大区的范围很小。如果运放的工作信号超出了线性放大区的范围，则输出电压不再满足式（6-1）。当集成运放处于开环或正反馈时，只要在输入端输入很小的电压变化量，输出电压即达到饱和，集成运放的工作状态进入到非线性工作区。

1）集成运放工作在非线性区的输出电压uo 只有两种可能的状态：

当u＋＞u－时，uo＝＋Uo（sat）；

当u＋＜u－时，uo＝－Uo（sat）；

工作在非线性区的集成运放，由于开环电压放大倍数Auo很高，即使输入毫伏级以下的信号，也足以使输出电压达到饱和，其饱和值为＋Uo（sat）或－Uo（sat），接近正电源电压值或负电源电压值。

2）集成运放两个输入端电压u－与u＋不一定相等，即“虚短”的结论不一定成立。

3）集成运放输入电流仍等于零。尽管两个输入端电压不等，但因为理想运放的rid＝∞，因此仍可认为此时的输入电流等于零，即“虚断”现象仍然存在。

总之，为了保证集成运放工作在线性区，一般情况下，须在电路中引入深度负反馈，以减小直接加在集成运放两个输入端的净输入电压。当集成运放处于开环或正反馈时，一般工作在非线性区。在分析集成运放的应用电路时，应首先判断其中集成运放的工作状态，然后依据线性区和非线性区的特点去分析具体电路的工作原理及输入输出的关系。

[思考题]

集成运放什么情况工作在线性区，什么情况工作在非线性区？ 各有什么特点？分析方法有何不同？