虚短与虚断概念及其在运算放大器中的应用电路

简介：
本文章探讨了虚短和虚断的概念，并分析了它们在运算放大器中各种应用电路的作用机制及重要性。 在探讨运算放大器（简称运放）的应用电路之前，我们需要理解两个重要的概念：虚短和虚断。这两个概念有助于我们在分析运放电路时简化问题，并且能够帮助我们更好地掌握各种应用电路，包括反向放大器、同相放大器、加法器、减法器、积分电路和微分电路等。 首先来看虚短的概念，在线性工作状态下，可以将运放的两个输入端视为电位相同。虽然术语称为“虚短”，但实际上并没有真正地连接在一起。这是因为运放在正常情况下具有非常高的开环增益（通常大于80dB），导致差模输入电压极低（一般不到1mV）。因此，在这种状态下，我们可以认为两者的电位一致。 其次，是关于虚断的概念：在分析线性工作状态的运放时，可以将两个输入端视为没有电流通过。由于运放具有非常高的输入阻抗（通常大于1MΩ），实际电路中的电流几乎不会影响到这两个点上，因此可以说它们之间没有任何电流流动。 理解了这些概念后，在具体应用中就能更加方便地分析和设计各种运放电路： - 反向放大器：在这种配置下，信号通过一个电阻接入反相输入端，而同相输入端接地。利用虚短的原理可以得知两者的电位相同；同时由于几乎无电流流入或流出这些点（虚断），我们可以得到输出电压Vout = - (R2/R1) * Vi 的计算公式。 - 同向放大器：信号直接加到正相输入端，而反相输入端通过电阻接地。同样地，运用虚短和虚断的概念可以简化分析过程，并得出增益由反馈网络与输入路径之间的阻值比决定的结论。 - 加法器和减法器：这些电路利用运放进行多个信号的加法或减法操作。在加法器中，各路信号通过不同电阻接入反相端；而在减法器里，则是通过对特定电阻配置来实现两个输入之间的差值输出。 - 积分电路与微分电路：前者用于对时间积分，后者则实现了瞬时变化率的测量功能。在这两类应用中同样可以利用虚短和虚断简化分析过程。 通过上述实例可以看出，在许多情况下使用理想化的运放模型（即运用虚短和虚断的概念）是可行且有效的，这不仅有助于快速理解电路的工作原理，还能够有效地指导设计与调试工作。