在模擬電路中，虛短和虛斷是兩個(gè)重要的概念，它們通常與運(yùn)放電路有關(guān)。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)描述了運(yùn)放電路中的一些重要現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)它們對(duì)于電子工程師和電路設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文將深入探討虛短和虛斷的含義，以及它們?cè)陔娮与娐分械膽?yīng)用。

在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)放電路廣泛存在于許多領(lǐng)域。然而，運(yùn)放電路的應(yīng)用遠(yuǎn)不止于同相放大和反向放大，其在實(shí)際設(shè)計(jì)與應(yīng)用中展現(xiàn)出極高的靈活性。為了深入理解和分析運(yùn)放電路，我們需要緊扣兩大核心概念——“虛短”與“虛斷”。接下來(lái)，本文將結(jié)合網(wǎng)絡(luò)資源與個(gè)人理解，為大家詳細(xì)闡述運(yùn)放電路的基本分析方法。

由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80 dB以上。 而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在 10 V～14 V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等 電位，相當(dāng)于 “短路”。開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等。

“虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱(chēng)為虛假短路，簡(jiǎn)稱(chēng)虛短。因此，顯然不能將兩輸入端真正短路。

由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電 流往往不足1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通常可把運(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開(kāi)路。

“ 虛斷”是指在分析運(yùn)放電路工作原理時(shí)，首先請(qǐng)各位暫時(shí)忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、減法器，什么差分輸入……暫時(shí)不管那些輸入輸出關(guān)系的公式……這些概念只會(huì)干擾你，讓人更糊涂﹔也暫時(shí)不要理會(huì)輸入偏置電流、共模抑制比、失調(diào)電壓等電路參數(shù)，這是設(shè)計(jì)者要考慮的事情。我們理解的就是理想放大器(大多數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，把實(shí)際放大器當(dāng)做理想放大器來(lái)分析也不會(huì)有問(wèn)題)。

接下來(lái)，我們將結(jié)合“虛短”與“虛斷”的概念，深入探討運(yùn)放電路的分析方法。

首先，要理解“虛短”現(xiàn)象。由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)極大，通常通用型運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80dB以上，而其輸出電壓卻有限，一般在10V至14V之間。這使得運(yùn)放的差模輸入電壓非常小，通常不足1mV，導(dǎo)致兩輸入端近乎等電位，仿佛“短路”一般。但實(shí)際上，這并非真正的短路，而是在分析時(shí)可以將其視為等電位，即“虛假短路”，簡(jiǎn)稱(chēng)“虛短”。

同樣地，由于運(yùn)放的差模輸入電阻極大，通常通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上，使得流入輸入端的電流非常小，通常不足1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。因此，在分析時(shí)，我們可以把運(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路，即“虛假開(kāi)路”，簡(jiǎn)稱(chēng)“虛斷”。但需注意，這并非真正的斷路。

掌握好“虛短”與“虛斷”這兩大概念后，我們就可以進(jìn)一步分析各種運(yùn)放電路了。例如，反向放大電路就是其中一種重要的應(yīng)用場(chǎng)景。

圖一展示了運(yùn)放的一種典型配置，其中同向端接地，電壓為0V。由于反向端與同向端存在“虛短”現(xiàn)象，因此其電壓也近似為0V。同時(shí)，反向輸入端的“虛斷”特性使得幾乎沒(méi)有電流流入或流出。在這樣的情況下，R1和R2可以視為串聯(lián)連接。根據(jù)串聯(lián)電路的特性，流過(guò)R1和R2的電流是相等的。利用這一關(guān)系，我們可以推導(dǎo)出流過(guò)R1的電流I1和流過(guò)R2的電流I2的表達(dá)式。進(jìn)一步結(jié)合已知條件，如V-和V+都等于0V，以及I1等于I2，我們可以求解出Vout與Vi之間的關(guān)系，即Vout = (-R2/R1)*Vi。這正是反向放大器的輸入輸出關(guān)系式。

一、什么是虛斷?

理想運(yùn)放的輸入阻抗是無(wú)窮大，真實(shí)的運(yùn)放輸入阻抗雖然不是無(wú)窮大但也是在兆歐姆或更高的范圍內(nèi)。我們?nèi)绻o運(yùn)放的輸入端加一個(gè)電壓然后串一個(gè)電流表去測(cè)量他的電流就會(huì)發(fā)現(xiàn)電流讀數(shù)接近于0，說(shuō)明沒(méi)有電流流進(jìn)運(yùn)放就好像運(yùn)放輸入的內(nèi)部是斷開(kāi)的，但是內(nèi)部實(shí)際上是連接的，這種似斷非斷的現(xiàn)象我們稱(chēng)為虛斷。

由于需要虛斷是由運(yùn)放特性造成的，運(yùn)放在任何電路中都有虛斷這種概念。虛斷不是真正地?cái)嚅_(kāi)，而是流過(guò)的電流小到可以忽略。

運(yùn)放的虛短是指反向輸入端和同向輸入端電壓相等，好像兩個(gè)輸入端連在一起，但事實(shí)上并沒(méi)有短接，稱(chēng)為虛短。

運(yùn)放在以下兩種情況處于虛短狀態(tài)：

①運(yùn)放在開(kāi)環(huán)處于線性區(qū)的時(shí)候

運(yùn)放的線性區(qū)是非常窄的如下圖紅色部分，也就是輸入差模電壓很小。運(yùn)放在線性區(qū)我們的輸出電壓是等于Aod乘以輸入差模電壓，Aod是運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，通常Aod非常高，可達(dá)幾十萬(wàn)倍。假設(shè)VCC為10V，VEE為-10V，可以計(jì)算出up-un的差模電壓在-100uv到100uv，這個(gè)電壓非常小可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為up=un，同向端和反向端是短路的，這種現(xiàn)象稱(chēng)為虛短。

運(yùn)放在深度負(fù)反饋狀態(tài)下出現(xiàn)“虛短”現(xiàn)象的原因主要是由于負(fù)反饋的作用。在負(fù)反饋中，運(yùn)放的輸出信號(hào)的一部分被取出并反饋到輸入端。這種反饋?zhàn)饔檬沟眠\(yùn)放的兩個(gè)輸入端(正輸入和負(fù)輸入)的電壓差趨近于零，也就是說(shuō)，兩個(gè)輸入端的電壓幾乎相等。因?yàn)楸M管運(yùn)放的兩個(gè)輸入端在電氣上并沒(méi)有被直接短路(實(shí)際上，運(yùn)放的輸入阻抗非常高，可以近似為無(wú)窮大)，但由于負(fù)反饋的作用，兩個(gè)輸入端的電壓卻幾乎相等，就好像它們被短路了一樣。

? 檢測(cè)方法

通過(guò)測(cè)量輸出端與反向輸入端之間的阻值來(lái)判斷運(yùn)放作用。使用萬(wàn)用表測(cè)量輸出端與反向輸入端之間的阻值，如果阻值異常大，例如超過(guò)幾兆歐，那么很可能運(yùn)放被用作比較器。而如果阻值較小(在0歐至幾十千歐之間)，則需進(jìn)一步檢查是否有電阻連接在輸出端和反向輸入端之間，以確定運(yùn)放是否被用作放大器。

04反饋設(shè)計(jì)與增益? 反饋網(wǎng)絡(luò)作用

反饋網(wǎng)絡(luò)通過(guò)負(fù)反饋調(diào)節(jié)，抑制運(yùn)放大過(guò)載。運(yùn)算放大器的增益極高，若沒(méi)有負(fù)反饋的調(diào)節(jié)，即便是微小的輸入信號(hào)也可能導(dǎo)致其直接進(jìn)入飽和狀態(tài)。

? 增益情況

由于運(yùn)算放大器的增益遠(yuǎn)大于反饋網(wǎng)絡(luò)，因此我們可以得到上述的等效電路。運(yùn)放增益和反饋網(wǎng)絡(luò)增益形成了一種等效電路，有助于理解增益調(diào)節(jié)。這種設(shè)計(jì)能夠確保運(yùn)算放大器穩(wěn)定地工作在放大區(qū)域。