浅谈运算放大器的虚短和虚断

  作者:fanxiaoxi 时间:2024-07-12

首先,先简单介绍一下运算放大器,运算放大器有两个输入端(同相输入端IN+和反相输入端IN-)和一个输出端(OUT)。

运放所接的电源可以是单电源模式V+,也可以是双电源模式V+和V-。

运放的输出端信号OUT大小等于同相输入端IN+和反相输入端IN-的差值乘以运算放大器的开环放大系数C。通常开环运放的放大倍数为数万倍,理想运算放大器的开环放大系数是无穷大的。

例如,同相输入端和反相输入端电压分别为Vin+和Vin-,同相输入端和反相输入端电流分别为Iin+和Iin-,输出电压为Vout。

运放开环传输曲线横坐标为输入差模电压Vin+—Vin-,纵坐标为输出电压Vout。开环传输曲线包括两部分:线性区(红色区域)和饱和区(蓝色区域),这两个区域分别具有各自的特点。

线性区:输出电压Vout随输入差模电压增大而线性增大,但线性区非常窄;

饱和区:输出电压Vout不随输入差模电压变化,为常数,最大不超过供电电压V+和V-。

什么是虚短?

输出电压Vout等于输入差模电压Vin+—Vin-与开环放大系数的乘积。

理想运放的开环放大系数为无穷大,实际也有数万倍,假设放大系数为5万倍,那么输出电压为

假设双电源模式供电电压V+和V-分别为+5V和-5V,那么Vout只能介于-5V和+5V之间,那么输入差模电压Vin+—Vin-的大小介于100微伏之间

电压差值非常小,基本可以忽略不计,此时我们可以认为Vin+与Vin-基本相等,那么运放的同相输入端和反相输入端近似认为处于短路状态,运算放大器的这个特性我们就称为虚短。虚短不是运放的同相输入端和反相输入端真的呈短路状态。

什么是虚断?

下面来了解一下虚断,运算放大器同相输入端和反相输入端的等效电阻为Ri(输入差模电阻),输入差模电阻Ri非常大,通常为兆欧级别。开环状态下,假设同相输入端电压Vin+为5V,反相输入端电压为1V,假设输入差模电阻Ri为8兆欧,那么此时同相输入端电流Iin+和反相输入端的电流Iin-约为0.5微安。

电流值非常小,基本可以忽略不计,此时我们可以认为Iin+与Iin-基本为0,那么运放的同相输入端和反相输入端近似认为处于断路状态,运算放大器的这个特性我们就称为虚断。虚断不是同相输入端和反相输入端真正的断路,而且无论运放工作在线性区还是饱和区,虚断都是存在的

虚短和虚断的概念在分析和设计电路时要灵活运用。

关键词: 放大器 运算放大器 运放 虚断 虚短

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