运放虚短虚断原理剖析
虚短概念
在运放电路领域,虚短现象是指当两个输入端电压近乎相等时,可视为两输入端间存在虚短。此状态下,理想运放的差模增益与输入阻抗均视为无限大。其特点在于,理想状况下,运放输出电压能借助虚短迅速调整,促使两输入端电压达到相等状态。
虚断概念
虚断状态是指将运放输出端与负反馈电阻网络(或其他电路)断开连接,此时运放处于虚断状态。其特点为虚断时,运放内部不输出功率,仅发挥比较输入电压并调节输出电压的功能。
虚短原理详述
于理想运算放大器而言,反相输入端与同相输入端之间的电压差趋近于零,尽管并非实际短路,这一特性即为虚假短路,简称虚短。在理想状态下,运放输出电压可通过虚短快速调整,以均衡两输入端电压。虚短的理论基础源自运放的理想特性,即两输入端间无电流流动,输入阻抗达无穷大。


虚断原理详述
对于理想运算放大器,其输入电流为零,换言之,输入端对外部电路的电流影响可忽略不计,即便并非真正的开路,此特性称为虚假开路,简称虚断。在电路分析过程中,虚断是一种简化技巧,通过将运放输出端与负反馈电阻网络等断开,可使运放的输入输出关系更加明晰,尤其在反馈电路分析中具有重要价值。


虚短虚断在实际运放电路中的应用
在实际运放电路设计与分析中,巧妙运用虚短虚断特性,可便捷地计算出放大比例。
以反向比例放大电路为例。

依据虚断特性可知,流入运放的电流Un为零,故流经R1的电流与Rf的电流相等。结合虚短特性,可得Un=Up=0。运用基尔霍夫定律与欧姆定律推算,可得公式:

依据虚断特性可知,流入运放的电流Un为零,故流经R1的电流与Rf的电流相等。结合虚短特性,可得Un=Up=0。运用基尔霍夫定律与欧姆定律推算,可得公式:
(Ui-0)/R1=(0-Uo)/Rf
由此可推导出:
Uo=-(Rf/R1)·Ui
由此可见,反向比例放大电路的输出电压由R1与Rf的比例关系决定。
在电路设计领域,虚短虚断的应用极为广泛。例如,在反向放大器及同向放大器设计中,借助虚短虚断特性,能够精准推导出输入输出关系式。在反向放大器中,同相端与反相端电压相等,且几乎无电流流入或流出反相输入端。通过合理的电阻配置,可准确计算出输出电压与输入电压的关联,从而实现对电路性能的精准把控。
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