從虛斷與虛短入手剖析運(yùn)放電路 —電路圖天天讀（125）

　　運(yùn)算放大器組成的電路五花八門，令人眼花瞭亂，是模擬電路中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。在分析它的工作原理時(shí)倘沒有抓住核心，往往令人頭大。戰(zhàn)無不勝的兩招，這兩招在所有運(yùn)放電路的教材里都寫得明白，就是“虛短”和“虛斷”，不過要把它運(yùn)用得出神入化，就要有較深厚的功底了。

　　虛短和虛斷的概念

　　由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80 dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10 V～14 V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于 “短路”。開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等?！疤摱獭笔侵冈诜治鲞\(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。故通常可把運(yùn)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?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，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。在分析運(yùn)放電路工作原理時(shí)，首先請(qǐng)各位暫時(shí)忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、減法器，什么差動(dòng)輸入……暫時(shí)忘掉那些輸入輸出關(guān)系的公式……這些東東只會(huì)干擾你，讓你更糊涂﹔也請(qǐng)各位暫時(shí)不要理會(huì)輸入偏置電流、共模抑制比、失調(diào)電壓等電路參數(shù)，這是設(shè)計(jì)者要考慮的事情。

　　1）反向放大器：

　　圖1

　　圖一運(yùn)放的同向端接地=0V，反向端和同向端虛短，所以也是0V，反向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R2相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過R2的電流是相同的。

　　流過R1的電流：I1 = （Vi - V-）/R1 ………a

　　流過R2的電流：I2 = （V- - Vout）/R2 ……b

　　V- = V+ = 0 ………………c

　　I1 = I2 ……………………d

　　求解上面的初中代數(shù)方程得Vout = （-R2/R1）*Vi

　　這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關(guān)系式了。

　　2）同向放大器：

　　圖2

　　圖二中Vi與V-虛短，則 Vi = V- ……a

　　因?yàn)樘摂啵聪蜉斎攵藳]有電流輸入輸出，通過R1和R2 的電流相等，設(shè)此電流為I，由歐姆定律得： I = Vout/（R1+R2） ……b

　　Vi等于R2上的分壓， 即：Vi = I*R2 ……c

　　由abc式得Vout=Vi*（R1+R2）/R2 這就是傳說中的同向放大器的公式了。

　　3）加法器1：

　　圖3

　　圖三中，由虛短知： V- = V+ = 0 ……a

　　由虛斷及基爾霍夫定律知，通過R2與R1的電流之和等于通過R3的電流，故 （V1 – V-）/R1 + （V2 – V-）/R2 = （V-–Vout）/R3 ……b

　　代入a式，b式變?yōu)閂1/R1+ V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3，則上式變?yōu)?Vout=V1+V2，這就是傳說中的加法器了。