如何用”虛短“和”虛斷“分析運放電路
由于運放的電壓放大倍數很大,一般通用型運算放大器的開環電壓放大倍數都在80 dB以上。而運放的輸出電壓是有限的,一般在 10 V~14 V。因此運放的差模輸入電壓不足1 mV,兩輸入端近似等電位,相當于 “短路”。開環電壓放大倍數越大,兩輸入端的電位越接近相等。“虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態時,可把兩輸入端視為等電位,這一特性稱為虛假短路,簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。 由于運放的差模輸入電阻很大,一般通用型運算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA,遠小于輸入端外電路的電流。故 通常可把運放的兩輸入端視為開路,且輸入電阻越大,兩輸入端越接近開路。“虛斷”是指在分析運放處于線性狀態時,可以把兩輸入端視為等效開路,這一特性 稱為虛假開路,簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。
如圖,是常見的反相比例運算放大電路,下面用虛短和虛斷的方法來分析電路。
在反相放大電路中,信號電壓通過電阻R1加至運放的反相輸入端,輸出電壓vo通過反饋電阻Rf反饋到運放的反相輸入端,構成電壓并聯負反饋放大電路。
運放的同相端接地=0V,反相端和同相端虛短,所以也是0V,反相輸入端輸入電阻很高,虛斷,幾乎沒有電流注入和流出,那么R1和Rf相當于是串聯的,流過一個串聯電路中的每一只組件的電流是相同的,即流過R1的電流和流過Rf的電流是相同的。
根據歐姆定律:
Is= (Vs- V-)/R1 ………a
If= (V- - Vo)/Rf ……b
V- = V+ = 0 ………………c
Is= If ……………………d
求解后可能Vo== (-Rf/R1)*Vi
在分析電路的過程中,暫時不用管運放的其他特性,就根據虛短和虛斷的特性來分析。當然,若運放不工作在放大區時,不滿足虛短和虛斷發條件,不能使用此種方法來分析。如比較器。
如下圖,是運放實現的加法器,用虛短和虛斷的方法來分析此電路。
由于電路存在虛短,運放的凈輸入電壓vI=0,反相端為虛地。
vI=0,vN=0…………………………………………a
反相端輸入電流iI=0的概念,通過R2與R1的電流之和等于通過Rf的電流故 (Vs1 – V-)/R1 + (Vs2 – V-)/R2 = (V- –Vo)/Rf…………b.
如果取R1=R2=R3,由a,b兩式解得-Vout=Vs1+Vs2.
式中負號為反相輸入所致,若再接一級反相電路,可消去負號,
虛短是運放正輸入端和負輸入端的電壓相等,近似短路;虛斷是流入正負輸入端的電流為0。只要 掌握了這一點,在運用歐姆定律,即可很容易的分析同相比例放大電路,反向比例放大電路等常用的運放放大電路。
結論
建立理想集成運算放大器的等效模型,討論集成運算放大器的虛斷、虛短、虛地的概念,并運用它們分析集成運放的比例運算,在進行電路的比例性質的運算過程時,對于其最為基本的操作模式應當是運放應用電路,因為它可以講具有實際電路的基礎電路、放大器的通用數據,這樣的三種集成運放共同組合而成,這樣的狀況會使得工業化進行控制的時候能夠實現自動化,也能夠運用多個方面。
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