【E問(wèn)E答】如何用”虛短“和”虛斷“分析運(yùn)放電路

　　運(yùn)算是模擬電路中十分重要的元件，它能組成放大、加法、減法、轉(zhuǎn)換等各種電路，如何能更快更正確的分析運(yùn)放電路，其實(shí)是不難的。那就是運(yùn)用運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”來(lái)分析電路，然后應(yīng)用歐姆定律等電流電壓關(guān)系，即可得輸入輸出的放大關(guān)系等。

　　下面簡(jiǎn)單說(shuō)明如何應(yīng)用”虛短“和”虛斷“分析運(yùn)放電路。

　　方法/步驟

　　關(guān)于虛短和虛斷

　　由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10V～14V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于“短路”。開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等。“虛短”是指在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開(kāi)路。“虛斷”是指在分析運(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。

　　示例分析。如圖，是常見(jiàn)的反相比例運(yùn)算放大電路，下面用虛短和虛斷的方法來(lái)分析電路。

　　在反相放大電路中，信號(hào)電壓通過(guò)電阻R1加至運(yùn)放的反相輸入端，輸出電壓vo通過(guò)反饋電阻Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

　　運(yùn)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(méi)有電流注入和流出，那么R1和Rf相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過(guò)一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過(guò)R1的電流和流過(guò)Rf的電流是相同的。

　　根據(jù)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(guò)程中，暫時(shí)不用管運(yùn)放的其他特性，就根據(jù)虛短和虛斷的特性來(lái)分析。當(dāng)然，若運(yùn)放不工作在放大區(qū)時(shí)，不滿足虛短和虛斷發(fā)條件，不能使用此種方法來(lái)分析。如比較器。

　　如下圖，是運(yùn)放實(shí)現(xiàn)的加法器，用虛短和虛斷的方法來(lái)分析此電路。

　　由于電路存在虛短，運(yùn)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(guò)R2與R1的電流之和等于通過(guò)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(fù)號(hào)為反相輸入所致，若再接一級(jí)反相電路，可消去負(fù)號(hào)，

　　虛短是運(yùn)放正輸入端和負(fù)輸入端的電壓相等，近似短路;虛斷是流入正負(fù)輸入端的電流為0。只要 掌握了這一點(diǎn)，在運(yùn)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(yùn)放放大電路。