虚短、虚断是模拟电路中理想集成运放的两个重要概念。
【虚短】
虚短指在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两局司构日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。
【源房六值认告红烈结反掉虚断】
虚断指在理想步要两杂音情况下,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然否春游是厚套电阻无限大,就好像运放两个输杀资入端之间开路。但事实上并没有开路,称为“虚断”。
运放“虚短”的实现有两个条件:
1)运放的开环增益A要足够大;
2)要有负反威馈电路。
先谈第一点,我们知行频并哥达面取上某慢之道,运放的输出电压Vo等于正相输入端电压与反相输入端电压之差Vid乘以运放的开环增益A味师许地。即
Vo=Vid*A=(VI+-VI-)*A(1)
由于在实际中运放的输出电压不会超过电源电压,是一个有限的值。在这种情况下,如果A很大,(VI+-VI-)就必然很小;如果(VI+-VI-)小到某程度,那么我们实际上可以将其看作0,这个时候就会有VI+福袁歌律出并广的边阿=VI-,即运放的同相输入端的电压与反相输入端的电压相等,好象连在一起一样,这我们称为“虚短路”。注意它们并未真正连在一起,而且它们之间还有电阻,价优木西毫苗罗这一点一定要牢记。
在上面的讨论中,我们是怎样得到“虚短”的结果的呢?
我们的出发点是公式(1),它是运放的特病材件查局标分族唱谓明性,是没有问题的,我们可以放心。然后,我们作了两个重要的假术获设,一个是运放的输出电压序松大小有限,这没有问题,运放输出当然不会超过电源,因此这个假设绝对成立,所以以后我们就不提了。第二个是说运放开环增益A很大。普通运放的A通常都达10**6,10**7甚至更高,这个假设一般没问题,但不要忘记,运放的实际开环增益还与其工作状态有关,离开了线性区,A就不一定大了,所以,这第二个假设是有条件的,我们也先记蒸急探密前常逐各肥导住这一点。
因此我们知道,当运放的开环增益A很大时,运放可以有“虚短”。但这只坏识是可能性,不是自动就实现的,随便拿一个运放说它的两个输入端是“虚短”没有人会相读束货育理缩置沉信。“虚短”要在特定的电路中才能实现。
请先看图1的电路,如果我们将反相输入端IN-的电平固定,比如在0V,在同相输入端IN+加一个固定电压V1,并取V1=1mV,设运放的A=10**6。这样,按照公式(1),运放的输出电压Vo应该为
Vo=A*(V1–0)
=1000000*1/1000
=1000(V)
显然,Vo到不了1000V,它上升不到VCC运放就饱和了,A也不再是1000000了,上面的计算完全不成立,输出电压停止在比VCC略小的数值上。
这种是没有负反馈的情况,比较器就工作在这种情况,“虚短”在这里不存在,两个输入段之间的电压差是1mV。
如果我们加上负反馈电路,如图2所示,即将输出电压Vo的一部分反送到运放的反相输入端。初始时V1=0,Vo=0,反相输入端的电压也是0。然后我们同样将V1调为1mV,在V1调高这一瞬间,(VI+-VI-)=1mV,运放受到这样一个正输入电压,其输出电压马上上升。由于有负反馈,VI-=Vo*R1/(R1+Rf)也跟着上升,从而使得(VI+-VI-)变小,这一小,Vo上升就变慢。最后,当Vo上升到一个值,使得VI-=VI+=V1,即(VI+-VI-)=0,这时Vo就不动了,而运放的两个输入端就处于“虚短”状态。可以看出,“虚短”所以得以实现是由于有负反馈使VI-逼近VI+的缘故。
所以“虚短”存在的条件是:
1)运放的开环增益A要足够大;
2)要有负反馈电路。
明白了“虚短”得条件后我们就很容易判断什么时候能什么时候不能用“虚短”作电路分析了。
在实际上,条件(1)对绝大多数运放都是成立的,关键要看工作区域。如果是书上的电路,通过计算判断;如果是实际电路,用仪器量运放输出电压是否合理即可知道。
与“虚短”相关的还有一种情况叫“虚地”,就是有一个输入端接地时的“虚短”,不是新情况。
有些书上说要深度负反馈条件下才能用“虚短”,我觉得这不准确,我认为这样说的潜思考是,在深度负反馈的情况下运放更可能工作在线性区。但这不是绝对的,输入信号太大时,深度负反馈的运放照样进入饱和。所以,应该以输出电压值判断最可靠。
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