如何理解運(yùn)放電路中的虛短和虛斷？

在模擬電路中，虛短和虛斷是兩個(gè)重要的概念，它們通常與運(yùn)放電路有關(guān)。這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)描述了運(yùn)放電路中的一些重要現(xiàn)象，認(rèn)識(shí)它們對(duì)于電子工程師和電路設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文將深入探討虛短和虛斷的含義，以及它們?cè)?a target="_blank">電子電路中的應(yīng)用。

什么是虛斷？

理想運(yùn)放的輸入阻抗是無(wú)窮大，真實(shí)的運(yùn)放輸入阻抗雖然不是無(wú)窮大但也是在兆歐姆或更高的范圍內(nèi)。我們?nèi)绻o運(yùn)放的輸入端加一個(gè)電壓然后串一個(gè)電流表去測(cè)量他的電流就會(huì)發(fā)現(xiàn)電流讀數(shù)接近于0，說(shuō)明沒(méi)有電流流進(jìn)運(yùn)放就好像運(yùn)放輸入的內(nèi)部是斷開(kāi)的，但是內(nèi)部實(shí)際上是連接的，這種似斷非斷的現(xiàn)象我們稱為虛斷。

由于需要虛斷是由運(yùn)放特性造成的，運(yùn)放在任何電路中都有虛斷這種概念。虛斷不是真正地?cái)嚅_(kāi)，而是流過(guò)的電流小到可以忽略。

什么是虛短？

運(yùn)放的虛短是指反向輸入端和同向輸入端電壓相等，好像兩個(gè)輸入端連在一起，但事實(shí)上并沒(méi)有短接，稱為虛短。

運(yùn)放在以下兩種情況處于虛短狀態(tài)：

①運(yùn)放在開(kāi)環(huán)處于線性區(qū)的時(shí)候

運(yùn)放的線性區(qū)是非常窄的如下圖紅色部分，也就是輸入差模電壓很小。運(yùn)放在線性區(qū)我們的輸出電壓是等于Aod乘以輸入差模電壓，Aod是運(yùn)放開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)，通常Aod非常高，可達(dá)幾十萬(wàn)倍。假設(shè)VCC為10V，VEE為-10V，可以計(jì)算出up-un的差模電壓在-100uv到100uv，這個(gè)電壓非常小可以忽略不計(jì)，可以認(rèn)為up=un，同向端和反向端是短路的，這種現(xiàn)象稱為虛短。

②工作在深度負(fù)反饋狀態(tài)

運(yùn)放在深度負(fù)反饋狀態(tài)下出現(xiàn)“虛短”現(xiàn)象的原因主要是由于負(fù)反饋的作用。在負(fù)反饋中，運(yùn)放的輸出信號(hào)的一部分被取出并反饋到輸入端。這種反饋?zhàn)饔檬沟眠\(yùn)放的兩個(gè)輸入端（正輸入和負(fù)輸入）的電壓差趨近于零，也就是說(shuō)，兩個(gè)輸入端的電壓幾乎相等。因?yàn)楸M管運(yùn)放的兩個(gè)輸入端在電氣上并沒(méi)有被直接短路（實(shí)際上，運(yùn)放的輸入阻抗非常高，可以近似為無(wú)窮大），但由于負(fù)反饋的作用，兩個(gè)輸入端的電壓卻幾乎相等，就好像它們被短路了一樣。

虛短和虛斷在運(yùn)放中的應(yīng)用

在實(shí)際運(yùn)放電路中，我們利用運(yùn)放的虛短和虛斷的特性可以輕松地計(jì)算出放大的比例。下面以反向比例放大電路為例講解如何計(jì)算放大比例。

由運(yùn)放虛斷的特性可以得知Un流入運(yùn)放的電流為0，所以流經(jīng)R1的電流等于Rf的電流。由虛短特性可以得到Un=Up=0，由基爾霍夫定律和歐姆定律可以推算出：

(Ui-0)/R1=(0-Uo)/Rf

由上面的公式可以得出：

Uo= -(Rf/R1)·Ui

即反向比例放大電路的輸出電壓是由R1和Rf的比例決定的。

本篇文章內(nèi)容比較基礎(chǔ)但也重要，希望能對(duì)大家認(rèn)識(shí)“虛斷”和“虛短”有所幫助。