【運放學習】：虛短、虛短、虛地、深度負反饋
(2011-07-16 08:08:47)
運算放大器組成的電路五花八門，令人眼花瞭亂，是模擬電路中學習的重點。在分析它的工作原理時倘沒有抓住核心，往往令人頭大。
遍觀所有模擬電子技朮的書籍和課程，在介紹運算放大器電路的時候，無非是先給電路來個定性，比如這是一個同向放大器，然後去推導它的輸出與輸入的關係，然後得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一個反向放大器，然後得出Vo=-Rf*Vi……最後往往得出這樣一個印象：記住公式就可以了！如果我們將電路稍稍變換一下，他們就找不着北了！
今天，芯片級維修教各位戰無不勝的兩招，這兩招在所有運放電路的教材裏都寫得明白，就是“虛短”和“虛斷”，不過要把它運用得出神入化，就要有較深厚的功底了。
“虛短”是指在分析運算放大器處於線性狀態時，可把兩輸入端視爲等電位，這一特性稱爲虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。
好了，讓我們抓過兩把“板斧”------“虛短”和“虛斷”，開始“庖丁解牛”了。===============================================================================================================
圖一運放的同向端接地=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，那麼R1和R2相當於是串聯的，流過一個串聯電路中的每一隻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係式了。======================================
【相關知識】：集成運放的開環增益、電壓傳輸特性、線性工作範圍和閉環電壓增益。
【解題方法】：集成運放的開環增益
很大，所以輸入信號的線性範圍很小，加上負反饋後，運放的線性輸入範圍就擴大到
倍，因而才能對輸入信號進行正常的線性放大。
【解答過程】：集成運放的開環增益很大，所以輸入信號的線性範圍很小，如運放的
，最大輸出電壓爲±10V，由此可推算出輸入電壓的線性範圍只有-0.1mV～
+0.1mV，失調或外界干擾信號已遠遠超出這個範圍，故集成運放在開環時實際上無法實現線性放大，開環集成運放接通電源後輸出已處於最大飽和輸出電壓（+10V或-10V）。
加上負反饋後，運放的閉環電壓增益
減小到開環時的
，所以運放的線性輸入範圍也同時擴大到
倍，如圖10所示，可見輸入線性範圍擴大後才能對輸入信號進行正常的線性放大。應該注意，此時運放的淨輸入電壓
的線性變化範圍仍只有-0.1mV~
+0.1mV，所擴大的只是外加輸入電壓範圍。
圖10 負反饋擴大運放的線性輸入範圍
可見只有加上深度負反饋，才能保證運放工作在線性放大區，另外，集成運放加上深度負反饋後，還能改善其他的許多性能指標，所以集成運放在線性應用電路中必須加深度負反饋。
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在深度負反饋時，運放處於線性工作區，正常工作，+、-兩端電壓接近相同（虛短），電流接近爲零（虛斷），即運放是個高阻抗，高靈敏的放大器，僅此而已。虛短和虛斷，造出這兩個概念本來是爲了形象化解釋，但卻似乎讓人暈眩了。
“虛短”發生時，如果+端接地，則產生了“虛地”的概念。
運放“虛短” 的實現有兩個條件： 因此我們知道，當運放的開環增益A很大時，運放可以有“虛短” 。但這只是可能性，不是自動就實現的，隨便拿一個運放說它的兩個輸入端是“虛短” 沒有人會相信。“虛短” 要在特定的電路中才能實現。 ------------------------------------------------------------------------------------- |
