模電的虛斷和虛短

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。為此本人特搜羅天下運放電路之應(yīng)用，來個“庖丁解?！?，希望各位從事電路板維修的同行，看完后有所收獲。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，然后去推導(dǎo)它的輸出與輸入的關(guān)系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一個反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后學生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，他們就找不著北了！偶曾經(jīng)面試過至少100個以上的大專以上學歷的電子專業(yè)應(yīng)聘者，結(jié)果能將我給出的運算放大器電路分析得一點不錯的沒有超過10個人！其它專業(yè)畢業(yè)的更是可想而知了。今天，芯片級維修教各位戰(zhàn)無不勝的兩招，這兩招在所有運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放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80dB以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在10V～14V。因此運放的差模輸入電壓不足1mV，兩輸入端近似等電位，相當于“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。“虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態(tài)時，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。由于運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\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\放處于線性狀態(tài)時，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。在分析運放電路工作原理時，首先請各位暫時忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、減法器，什么差動輸入……暫時忘掉那些輸入輸出關(guān)系的公式……這些東東只會干擾你，讓你更糊涂﹔也請各位暫時不要理會輸入偏置電流、共模抑制比、失調(diào)電壓等電路參數(shù)，這是設(shè)計者要考慮的事情。我們理解的就是理想放大器（其實在維修中和大多數(shù)設(shè)計過程中，把實際放大器當做理想放大器來分析也不會有問題）。好了，讓我們抓過兩把“板斧”------“虛短”和“虛斷”，開始“庖丁解?！绷?。==========================================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，那么R1和R2相當于是串聯(lián)的，流過一個串聯(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……bV-=V+=0……cI1=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。==========================================圖二中Vi與V-虛短，則Vi=V-……a因為虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出，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)……bVi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。==========================================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。==========================================請看圖四。因為虛斷，運放同向端沒有電流流過，則流過R1和R2的電流相等，同理流過R4和R3的電流也相等。故(V1–V+)/R1=(V+-V2)/R2……a(Vout–V-)/R3=V-/R4……b由虛短知：V+=V-……c如果R1=R2，R3=R4，則由以上式子可以推導(dǎo)出V+=(V1+V2)/2V-=Vout/2故Vout=V1+V2也是一個加法器，呵呵！==========================================圖五由虛斷知，通過R1的電流等于通過R2的電流，同理通過R4的電流等于R3的電流，故有(V2–V+)/R1=V+/R2……a(V1–V-)/R4=(V--Vout)/R3……b如果R1=R2，則V+=V2/2……c如果R3=R4，則V-=(Vout+V1)/2……d由虛短知V+=V-……e所以Vout="V2-V1"這就是傳說中的減法器了。==========================================圖六電路中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛短知，通過R1的電流與通過C1的電流相等。通過R1的電流i="V1/R1"通過C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt所以Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比,這就是傳說中的積分電路了。若V1為恒定電壓U，則上式變換為Vout=-U*t/(R1*C1)t是時間，則Vout輸出電壓是一條從0至負電源電壓按時間變化的直線。======================================