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对于闭环系统的反相放大器，输入输出特性曲线的斜率是-R1/R2,是线性变化。就是按照下图仿真的结果。但有时候设计电路的时候会发现，即使输出电压还没有达到电源电压，输出电压的信号也是受到限制，运放进入非线性区域。那么R1和R2的阻值选取，以及输入信号幅值的选取应该遵循什么原则，才能让输出电压不工作在非线性区？ 对于运放的输出工作在非线性区的原因，只要有两点：一就是运放的输出电流有限制，有最大输出电流±Imax，超过这个Imax，运放就没有输出能力了。下图是品牌： PUOLOP(迪浦)的LM358的最大输出电路能力，只有40mA； 第二原因就是运放有一定的输出电压摆浮Vmax，也就是运放的输出电压受电源电压的限制，如果不是轨对轨的运放，输出最大电压是电源电压减去一个电压值： 一旦运放的输出特性超过了以上分析的两个值，运放就会工作在非线性区。从反相放大电路的工作过程也可以看出，由于虚短原理，输入信号产生的流过R1和输出电压流过R2的电流是相等的，此时Iin=Vin/R1就是运放输出电流的最大值（此时也可称作运放的source current），一旦Iin超过这个值，那么输出电流就不变，，此时可以将运放看作是一个恒流源，其输出电流就是Imax。那么输出电压Vout=Vin-Imax*(R2+R1)，也就是输出电压基本保持不变。此时运放是工作在非线性区 AD820双电源供电电压可以达到15V，输出最大电流Imax=45mA左右。从仿真图中可以看出一个有趣的现象，输出电压的波形有三个区间的变化。第一个区间，自然是线性放大区，此时反相放大电流的放大因子Av=-5，在输入信号在±3V的范围，输出在±15V范围。此时满足反相放大器特性，运放工作在线性区。随后输出电压达到电源电压，此时即使输入信号幅值增加，输出电压也不会增加，输出电压达到极限值，但是输出电流还没有达到最大值。此时运放进入第二个区间，也是非线性区，同相反相端不再满足虚短原则，由于运放的最大输出电流还没有达到，输出电流Iout=Voutmax-Vin/(R1+R2), Voutmax=-15V, R1+R2=0.6K，当Ioutmax=45mA的时候，就可以计算出Vin=13V。所以在Vin=[3 13]和[-13 -3]的区间，运放工作在非线性区，输出电压达到电源电压。这个非线性区是限压而不限流 随后运放进入第三个区间，运放输出电流达到极限值，输出电流恒定，此时输出电压就不是电源电压，会发生变化。输出电压Vout=Vin-Imax*(R1+R2),所以输出信号随着输入信号的增大而增加，斜率就是1。仿真也显示，当Vin大于13V，输出电流达到最大值Imax，输入Vin不断增加，输出电压Vout也在增加。此时要看电压的数值变化，而不能仅仅是看电压的幅值。 当Vin=-14V的时候，此时输出电流Imax=-45mA，是source current；Vout=Vin+45mA*600Ω 当Vin=14V的时候，此时输出电流是Imax=45mA，是Sink current； Vout=Vin-45mA*600Ω 要理解输出电压在第三个区间，等效电路的转化过程中，输出电流达到最大值，即使是恒流源，也有恒流源电流的方向变化。这个非线性区是限流而不限压。进而根据上文分析，限流的作用更明显，只要输出电流达到最大值，就会改变电压。 在我们实际是过程中，可能碰不到这种极限的运放使用情况，但是得理解运放工作在非线性区后，会出现什么波形，为工程应用中打下基础！
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楼主
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楼主写的很详细