集成运放的应用：从理想运放到线性区电路

"该资源是关于模拟电路的课件，专注于第二章——集成运放及其基本应用。内容涵盖了理想运放的线性和非线性工作区，集成运算放大器的结构、类型和电路符号，以及理想运放的电压传输特性。此外，还讨论了理想运放的无限增益、无穷输入电阻和零输出电阻等特征，并解释了虚短和虚断的概念。文件中提到了不同工作区的特点，如在线性区的虚短路原理和非线性区的开关状态。最后，介绍了理想运放在线性区的几种常用电路，包括比例运算、加减运算、积分微分电路，以及有源滤波电路的一阶低通、高通和带通滤波器设计。" 在深入探讨这些知识点之前，先理解集成运算放大器（简称运放）的基础至关重要。集成运放是由多级直接耦合放大电路组成的模拟集成电路，具有高增益。常见的封装形式有双列直插式、圆壳式和扁平式。μA741是一种经典的运放型号，其电路符号通常用于表示运放。 集成运放的电压传输特性描述了输入与输出之间的关系。线性区是指运放能够保持线性响应的输入信号范围，在这个区域，运放的输出与差模输入信号成比例，表现为开环电压放大倍数Au。非线性区则是指运放工作在饱和状态，输出不再与输入成比例，而是接近电源电压。 理想运放假设具有无限大的开环电压增益（Auo=∞），无穷大的输入电阻（Ri=∞）和零的输出电阻（Ro=0）。在理想运放工作在线性区时，遵循“虚短”原则，即两个输入端点的电压相等（uP=uN），而“虚断”原则意味着输入端电流几乎为零（iP=iN=0）。这些特性简化了电路分析，使得运放可以作为理想的电压比较器或跟随器。 当运放工作在非线性区，如正向或负向饱和区，输出电压将不再随输入变化，而是维持在电源电压的上限或下限。在这种状态下，虽然依然存在“虚断”，但不再满足“虚短”。 运放的应用电路通常需要引入负反馈以确保其工作在线性区，这样可以扩大线性工作范围并稳定性能。例如，当运放的闭环增益设置为100时，输入信号的线性范围会显著扩大。 在本章的后半部分，讲解了运放在线性区的一些基本运算电路。比例运算电路利用运放的增益实现输入信号的放大或缩小。加减运算电路则可以实现输入信号的加法和减法操作。积分和微分电路则利用运放构建出对输入信号进行时间域操作的电路。有源滤波电路则利用运放和外部元件设计出能够滤除特定频率成分的电路，如一阶有源低通和高通滤波器，以及带通滤波器。 这份课件详细介绍了集成运放的基本概念、工作原理以及在实际电路中的应用，对于理解和设计模拟电路非常有帮助。