运放虚短虚断的实现条件

运放“虚短” 的实现有两个条件:

1 ) 运放的开环增益A要足够大;

2 ) 要有负反馈电路。

        先谈第一点,我们知道,运放的输出电压Vo等于正相输入端电压与反相输入端电压之差Vid乘以运放的开环增益A。即

Vo = Vid * A = (VI+ - VI-) * A ( 1 )

       由于在实际中运放的输出电压不会超过电源电压,是一个有限的值。在这种情况下,如果A 很大,(VI+ - VI-)就必然很小;如果(VI+ - VI-)小到某程度,那么我们实际上可以将其看作0,这个时候就会有VI+ = VI-,即运放的同相输入端的电压与反相输入端的电压相等,好象连在一起一样,这我们称为“虚短路” 。注意它们并未真正连在一起,而且它们之间还有电阻,这一点一定要牢记。

       在上面的讨论中,我们是怎样得到“虚短” 的结果的呢?

       我们的出发点是公式 ( 1 ) ,它是运放的特性,是没有问题的,我们可以放心。然后,我们作了两个重要的假设,一个是运放的输出电压大小有限,这没有问题,运放输出当然不会超过电源,因此这个假设绝对成立,所以以后我们就不提了。第二个是说运放开环增益A很大。普通运放的A通常都达10**6,10**7甚至更高,这个假设一般没问题,但不要忘记,运放的实际开环增益还与其工作状态有关,离开了线性区,A就不一定大了,所以,这第二个假设是有条件的,我们也先记住这一点。

       因此我们知道,当运放的开环增益A很大时,运放可以有“虚短” 。但这只是可能性,不是自动就实现的,随便拿一个运放说它的两个输入端是“虚短” 没有人会相信。“虚短” 要在特定的电路中才能实现。

         如果我们将反相输入端IN-的电平固定,比如在0V,在同相输入端IN+加一个固定电压V1,并取V1 = 1mV,设运放的A = 10**6。这样,按照公式( 1 ) ,运放的输出电压Vo应该为

Vo = A * ( V1 – 0 )

= 1000000 * 1 /1000

= 1000 (V)

        显然,Vo 到不了1000V,它上升不到VCC运放就饱和了,A也不再是1000000了,上面的计算完全不成立,输出电压停止在比VCC略小的数值上。

        这种是没有负反馈的情况,比较器就工作在这种情况,“虚短” 在这里不存在,两个输入段之间的电压差是1mV。

       如果我们加上负反馈电路,即将输出电压Vo的一部分反送到运放的反相输入端。初始时V1 = 0,Vo = 0,反相输入端的电压也是0。然后我们同样将V1调为1mV,在V1调高这一瞬间,(VI+ - VI-) = 1mV,运放受到这样一个正输入电压,其输出电压马上上升。由于有负反馈,VI- = Vo * R1 / (R1 + Rf) 也跟着上升,从而使得(VI+ - VI-)变小,这一小,Vo上升就变慢。最后,当Vo上升到一个值,使得VI- = VI+ = V1,即(VI+ - VI-) = 0,这时Vo就不动了,而运放的两个输入端就处于“虚短” 状态。可以看出,“虚短” 所以得以实现是由于有负反馈使VI- 逼近VI+的缘故。

       所以“虚短” 存在的条件是:

       1 ) 运放的开环增益A要足够大;

       2 ) 要有负反馈电路。

        明白了“虚短” 得条件后我们就很容易判断什么时候能什么时候不能用“虚短” 作电路分析了。

        在实际上,条件( 1 ) 对绝大多数运放都是成立的,关键要看工作区域。如果是书上的电路,通过计算判断;如果是实际电路,用仪器量运放输出电压是否合理即可知道。

        与“虚短” 相关的还有一种情况叫“虚地” ,就是有一个输入端接地时的“虚短” ,不是新情况。

        有些书上说要深度负反馈条件下才能用“虚短” ,我觉得这不准确,我认为这样说的潜思考是,在深度负反馈的情况下运放更可能工作在线性区。但这不是绝对的,输入信号太大时,深度负反馈的运放照样进入饱和。所以,应该以输出电压值判断最可靠。

粽子糖果 发表于12-06 14:22 浏览790次
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粽子糖果
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