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什么是虚短和虚断?运算放大电路虚短和虚断的理解

2016-9-28 15:56| 编辑:电工学习网| 查看: 131996| 评论: 0

    运算是模拟电路中十分重要的元件,它能组成放大、加法、减法、转换等各种电路,如何能更快更正确的分析运放电路,其实是不难的。那就是运用运放的“虚短”和“虚断”来分析电路,然后应用欧姆定律等电流电压关系,即可得输入输出的放大关系等。
    下面简单说明如何应用”虚短“和”虚断“分析运放电路。
    关于虚短和虚断

【虚短】
虚短指在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两个输入端短接在一起,但事实上并没有短接,称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。
【虚断】
虚断指在理想情况下,流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大,就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路,称为“虚断”。
    由于运放的电压放大倍数很大,一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的,一般在10V~14V。因此运放的差模输入电压不足1mV,两输入端近似等电位,相当于“短路”。开环电压放大倍数越大,两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特性称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。由于运放的差模输入电阻很大,一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA,远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路,且输入电阻越大,两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时,可以把两输入端视为等效开路,这一特性称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。
    示例分析。如图,是常见的反相比例运算放大电路,下面用虚短和虚断的方法来分析电路。

    在反相放大电路中,信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端,输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端,构成电压并联负反馈放大电路。
    运放的同相端接地=0V,反相端和同相端虚短,所以也是0V,反相输入端输入电阻很高,虚断,几乎没有电流注入和流出,那么R1和Rf相当于是串联的,流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的,即流过R1的电流和流过Rf的电流是相同的。
    根据欧姆定律:
    Is=(Vs-V-)/R1………a
    If= (V--Vo)/Rf……b
    V-=V+=0………………c
    Is=If……………………d
    求解后可能Vo==(-Rf/R1)*Vi
    在分析电路的过程中,暂时不用管运放的其他特性,就根据虚短和虚断的特性来分析。当然,若运放不工作在放大区时,不满足虚短和虚断发条件,不能使用此种方法来分析。如比较器。
    如下图,是运放实现的加法器,用虚短和虚断的方法来分析此电路。
    由于电路存在虚短,运放的净输入电压vI=0,反相端为虚地。
    vI=0,vN=0…………………………………………a
    反相端输入电流iI=0的概念,通过R2与R1的电流之和等于通过Rf的电流故(Vs1–V-)/R1+(Vs2–V-)/R2=(V-–Vo)/Rf…………b.
    如果取R1=R2=R3,由a,b两式解得-Vout=Vs1+Vs2.
    式中负号为反相输入所致,若再接一级反相电路,可消去负号,

    虚短是运放正输入端和负输入端的电压相等,近似短路;虚断是流入正负输入端的电流为0。只要 掌握了这一点,在运用欧姆定律,即可很容易的分析同相比例放大电路,反向比例放大电路等常用的运放放大电路。

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