模電的虛斷和虛短

運(yùn)算放大器組成的電路五花八門(mén)，令人眼花瞭亂，是模擬電路中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)。在分析它的工作原理時(shí)倘沒(méi)有抓住核心，往往令人頭大。為此本人特搜羅天下運(yùn)放電路之應(yīng)用，來(lái)個(gè)“庖丁解牛”，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(shū)籍和課程，在介紹運(yùn)算放大器電路的時(shí)候，無(wú)非是先給電路來(lái)個(gè)定性，比如這是一個(gè)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(gè)反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后學(xué)生往往得出這樣一個(gè)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(guò)至少100個(gè)以上的大專以上學(xué)歷的電子專業(yè)應(yīng)聘者，結(jié)果能將我給出的運(yùn)算放大器電路分析得一點(diǎn)不錯(cuò)的沒(méi)有超過(guò)10個(gè)人！其它專業(yè)畢業(yè)的更是可想而知了。今天，芯片級(jí)維修教各位戰(zhàn)無(wú)不勝的兩招，這兩招在所有運(yùn)放電路的教材里都寫(xiě)得明白，就是“虛短”和“虛斷”，不過(guò)要把它運(yùn)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(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在10V～14V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于“短路”。開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等?！疤摱獭笔侵冈诜治鲞\(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時(shí)，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡(jiǎn)稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通?？砂堰\(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開(kāi)路?！疤摂唷笔侵冈诜治鲞\(yùn)放處于線性狀態(tài)時(shí)，可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路，這一特性稱為虛假開(kāi)路，簡(jiǎn)稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。在分析運(yùn)放電路工作原理時(shí)，首先請(qǐng)各位暫時(shí)忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、減法器，什么差動(dòng)輸入……暫時(shí)忘掉那些輸入輸出關(guān)系的公式……這些東東只會(huì)干擾你，讓你更糊涂﹔也請(qǐng)各位暫時(shí)不要理會(huì)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(jì)者要考慮的事情。我們理解的就是理想放大器（其實(shí)在維修中和大多數(shù)設(shè)計(jì)過(guò)程中，把實(shí)際放大器當(dāng)做理想放大器來(lái)分析也不會(huì)有問(wèn)題）。好了，讓我們抓過(guò)兩把“板斧”------“虛短”和“虛斷”，開(kāi)始“庖丁解?！绷恕?=========================================圖一運(yùn)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(méi)有電流注入和流出，那么R1和R2相當(dāng)于是串聯(lián)的，流過(guò)一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過(guò)R1的電流和流過(guò)R2的電流是相同的。流過(guò)R1的電流I1=(Vi-V-)/R1……a流過(guò)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(shuō)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?yàn)樘摂啵聪蜉斎攵藳](méi)有電流輸入輸出，通過(guò)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(shuō)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(guò)R2與R1的電流之和等于通過(guò)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(shuō)中的加法器了。==========================================請(qǐng)看圖四。因?yàn)樘摂?，運(yùn)放同向端沒(méi)有電流流過(guò)，則流過(guò)R1和R2的電流相等，同理流過(guò)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(gè)加法器，呵呵！==========================================圖五由虛斷知，通過(guò)R1的電流等于通過(guò)R2的電流，同理通過(guò)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(shuō)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(guò)R1的電流與通過(guò)C1的電流相等。通過(guò)R1的電流i="V1/R1"通過(guò)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(duì)時(shí)間的積分成正比,這就是傳說(shuō)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(shí)間，則Vout輸出電壓是一條從0至負(fù)電源電壓按時(shí)間變化的直線。==========================================圖七中由虛斷知，通過(guò)電容C1和電阻R2的電流是相等的，由虛短知，運(yùn)放同向端與反向端電壓是相等的。則：Vout=-i*R2=-(R2*C1)dV1