学过模电的朋友我想对运算放大器(下称运放)并不会感到陌生吧,提起运放可能也就不自觉的想起了运放的“虚短”和“虚断”性质,那么“虚短”和“虚断”说的是怎么一回事?为什么会有这个性质呢?怎么运用这个性质去分析一下简单的电路?今天就简单给大家说一下。
“虚短”顾名思义,让人觉得好像是短路了一样,他是说运放输入正端和输入负端电位相同,也就是上图中1端口电压和2端口电压相同,而这和两点短路的现象相同,但是他又不是真正的短路,因此给他取了个名字叫“虚短”。
为什么会有“虚短”现象呢?这还得从运算放大器本身说起,由于运放本身放大倍数很大,一般开环电压放大倍数都在10000倍(80dB)以上,如果输入一个1mV的差模电压信号,经过10000倍放大,输出电压在10V左右,而运放的工作电压一般在12V左右(或者更低),显然如果输入差模信号电压再大一点的话,运放输出电压就可能是一个恒压值,这就失去了用运放放大信号的意义,所以说输入到运放输入端的差模信号一般在1mV以下(接近0V),1mV本身就是一个很小的电压,所以可以近似认为运放输入正端和输入负端电位相同,也就是“虚短”。
“虚断”相对于“虚短”理解起来就容易多了,他是说电流流向运放输入端几乎为零,在上图中体现在I1等于I2,这是由于运放输入差模电阻很大,理想运放可近似看为无穷大,如果输入差模电阻是无穷大也就是开路了,所以并没有电流流入,实际运放虽说不是无穷大,但是这个值很大,一般都在1MΩ以上,因此流向运放输入端电流很小(可以反推,如果电流为1mA,就会产生很高的输入差模电压,显然运放不能正常工作了),因此可以近似看为断路,并不是真正的断路,也就是“虚断”。
理论上是这样,但是怎么运用呢?这次以一个模电中非常常见的电路(加法器)为例来说一下这个“虚短”和“虚断”怎么用。原理图见上图,“虚短”说的是V+和V-相等,由于V+直接接地,故V+电压为0V,因此V-电压也是0V,知道V-的电压,就很容易求得电流I1和I2,再根据运放的“虚断”,由于流向运放输入端电流几乎为0,因此I3=I1+I2。又输出电压Vo和运放输入端V-电压已知,因此I3还可以用另外的形式表示出来,让这两个等式相等,就能推导出输入电压和输出电压之间的关系,具体推导过程可以参考下图。
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