模电书里提到理想运放,总会提到虚短和虚断两个概念.虚断,也就是说运放的正输入端和负输入端是断开的,也即是阻抗无穷大.
实际上运放的输入阻抗是很大的,所以在任何情况下,输入这个两个端口的电流是很小的.虚短,也就是说运放的正输入端和负输入端的电位是相等的,但是这个并不是总是成立的. 前提是运放处于负反馈成立的情况下.如果运放处于饱和状态下,虚短是不成立的.那么什么情况下运放才能用虚短和虚断的概念呢?
虚短虚断的使用条件:
虚断的存在是无条件的,因为这是由它的内部结构决定的,电流进不去。(当然是理想状态)
虚短的存在是有条件的,这个条件是“运放要处于放大状态”,要满足这个条件只有两种状态:
1、在开环电路中,输入两端的电压差非常小,不会让运放饱和;
2、在闭环的深度反馈电路中。
什么情况下运放才能用虚短和虚断的概念:
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,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106,107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。
“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。
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” ,这个说法可能不太准确,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。
也就是说“增益很大的运放工作在线性区”才满足“虚短”条件,满足条件的有两种电路状态:
1,开环状态中,输入两端间的电压很小。
2,闭环的深度负反馈电路。
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