電子設計教程22 虛短與虛斷

2021-10-03 20:58:14 字數 1008 閱讀 2040

「虛短」與「虛斷」是非常重要的兩個概念。在分析運放的輸入訊號與輸出訊號的關係時,這是兩個基本的出發點。

當運放引入負反饋的時候,或者說工作在「線性區」的時候,輸出電壓與淨輸入電壓(同相輸入端反相輸入端的差值)成線性關係,電路的放大倍數就是運放自身的開環增益。

u_o是有限值,通常不會大於電源電壓。a_od非常大,常常達到百萬倍,所以u_p-u_n幾乎為0。由於兩個輸入端幾乎沒有電壓差,看上去好像是短路了,所以稱為「虛短路」。但是虛短路不是真正的短路,如果u_p 與u_n完全相等,電路的輸入端就不存在差值,即便把0放大一百萬倍,結果還是0。所以u_p 與u_n還是有一點點電壓差的。

由於運放的輸入電阻非常大,所以輸入電流非常小,所以運放的輸入端看上去相等於斷路,稱兩個輸入端為「虛斷路」。雖然輸入端的電流趨近於零,但不是真正的斷路,如果輸入端真的斷路了,運放沒有輸入,當然也不會有正確的輸出了,所以還是有很一點點輸入電流的。

開環增益(寫作a_od)非常大,通常是10000以上;

輸入阻抗非常高 ,通常是1000000歐姆以上。

由於開環增益實在太大了,輸入訊號要非常非常小,電路才能工作。所以實際應用中,通常會閉環應用,加入負反饋,把輸出連線到反相輸入端。常常會用電阻分壓,來決定放大倍數。例如分析下邊這個放大電路的放大倍數:

「+」表示同相輸入端,用u_p表示;

「-」表示反相輸入端,用u_n表示;

由於虛斷,分析r_f與r_2的串聯支路,根據電流相等可得:

則閉環增益a_uf為

注意,應用「虛短」與「虛短」的前提是運放處於線性工作區,一般情況下處於線性工作區的運放都存在閉環負反饋。「虛短」其實是運放處於線性工作區的結果,而並非導致運放處於線性工作區的原因。如果人為的增大兩個輸入端的電壓差,並不一定使輸出電壓增大,反而會使運放處於非線性區。

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