在模擬電路,虛短和虛斷是兩個重要的概念,虛短和虛斷通常與運(yùn)放電路有關(guān)。這兩個術(shù)語描述了運(yùn)放電路中的一些重要現(xiàn)象,對于電子工程師和電路設(shè)計師來說至關(guān)重要。前文通過科普視頻簡單介紹了什么是虛短和虛斷,本文將深入探討虛短和虛斷的含義,以及虛短和虛斷在電子電路中的應(yīng)用。
理想運(yùn)放的輸入阻抗是無窮大,真實的運(yùn)放輸入阻抗雖然不是無窮大但也是在兆歐姆或更高的范圍內(nèi)。我們?nèi)绻o運(yùn)放的輸入端加一個電壓然后串一個電流表去測量他的電流就會發(fā)現(xiàn)電流讀數(shù)接近于0,說明沒有電流流進(jìn)運(yùn)放就好像運(yùn)放輸入的內(nèi)部是斷開的,但是內(nèi)部實際上是連接的,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。虛斷不是真正的斷開,而是流過的電流小到可以忽略。
運(yùn)放的虛短是指反向輸入端和同向輸入端電壓相等,好像兩個輸入端連在一起,但事實上并沒有短接,稱為虛短。
運(yùn)放在一下兩種情況處于虛短狀態(tài):
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)放開環(huán)放大倍數(shù),通常Aod非常高,可達(dá)幾十萬倍。假設(shè)VCC為10v,VEE為-10v可以計算出up-un的差模電壓在-100uv到100uv,這個電壓非常小可以忽略不計,可以認(rèn)為up=un,可以同向端和反向端是短路的,這種現(xiàn)象稱為虛短。
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)放的兩個輸入端(正輸入和負(fù)輸入)的電壓差趨近于零,也就是說,兩個輸入端的電壓幾乎相等。因為盡管運(yùn)放的兩個輸入端在電氣上并沒有被直接短路(實際上,運(yùn)放的輸入阻抗非常高,可以近似為無窮大),但由于負(fù)反饋的作用,兩個輸入端的電壓卻幾乎相等,就好像它們被短路了一樣。
在實際運(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的計算出放大的比例。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).Uo ,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。
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