首先,先簡單介紹一下運算放大器,運算放大器有兩個輸入端(同相輸入端IN+和反相輸入端IN-)和一個輸出端(OUT)。
運放所接的電源可以是單電源模式V+,也可以是雙電源模式V+和V-。
運放的輸出端信號OUT大小等于同相輸入端IN+和反相輸入端IN-的差值乘以運算放大器的開環放大系數C。通常開環運放的放大倍數為數萬倍,理想運算放大器的開環放大系數是無窮大的。
例如,同相輸入端和反相輸入端電壓分別為Vin+和Vin-,同相輸入端和反相輸入端電流分別為Iin+和Iin-,輸出電壓為Vout。
運放開環傳輸曲線橫坐標為輸入差模電壓Vin+—Vin-,縱坐標為輸出電壓Vout。開環傳輸曲線包括兩部分:線性區(紅色區域)和飽和區(藍色區域),這兩個區域分別具有各自的特點。
線性區:輸出電壓Vout隨輸入差模電壓增大而線性增大,但線性區非常窄;
飽和區:輸出電壓Vout不隨輸入差模電壓變化,為常數,最大不超過供電電壓V+和V-。
什么是虛短?
輸出電壓Vout等于輸入差模電壓Vin+—Vin-與開環放大系數的乘積。
理想運放的開環放大系數為無窮大,實際也有數萬倍,假設放大系數為5萬倍,那么輸出電壓為
假設雙電源模式供電電壓V+和V-分別為+5V和-5V,那么Vout只能介于-5V和+5V之間,那么輸入差模電壓Vin+—Vin-的大小介于100微伏之間
電壓差值非常小,基本可以忽略不計,此時我們可以認為Vin+與Vin-基本相等,那么運放的同相輸入端和反相輸入端近似認為處于短路狀態,運算放大器的這個特性我們就稱為虛短。虛短不是運放的同相輸入端和反相輸入端真的呈短路狀態。
什么是虛斷?
下面來了解一下虛斷,運算放大器同相輸入端和反相輸入端的等效電阻為Ri(輸入差模電阻),輸入差模電阻Ri非常大,通常為兆歐級別。開環狀態下,假設同相輸入端電壓Vin+為5V,反相輸入端電壓為1V,假設輸入差模電阻Ri為8兆歐,那么此時同相輸入端電流Iin+和反相輸入端的電流Iin-約為0.5微安。
電流值非常小,基本可以忽略不計,此時我們可以認為Iin+與Iin-基本為0,那么運放的同相輸入端和反相輸入端近似認為處于斷路狀態,運算放大器的這個特性我們就稱為虛斷。虛斷不是同相輸入端和反相輸入端真正的斷路,而且無論運放工作在線性區還是飽和區,虛斷都是存在的
虛短和虛斷的概念在分析和設計電路時要靈活運用。
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