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本帖最后由 bluskly 于 2013-3-28 16:55 编辑
; Q& s4 c0 e4 Y% o% e
6 {7 j- e: t9 q/ c% I2 ?, L s 运放“虚短” 的实现有两个条件：
6 C* R0 `) R' V4 `* f 1 ) 运放的开环增益A要足够大；0 r; c/ h1 O' s0 s N( I2 s; s, _* e) y: L
2 ) 要有负反馈电路。
9 m0 d* E5 Y% V- t5 U4 B 先谈第一点，我们知道，运放的输出电压Vo等于正相输入端电压与反相输入端电压之差Vid乘以运放的开环增益A。即
3 C ?+ h; a* Y' z2 } Vo = Vid * A = (VI+ - VI-) * A ( 1 )
. Q- s: Z4 W8 ?4 D% _ 由于在实际中运放的输出电压不会超过电源电压，是一个有限的值。在这种情况下，如果A 很大，(VI+ - VI-)就必然很小；如果(VI+ - VI-)小到某程度，那么我们实际上可以将其看作0，这个时候就会有VI+ = VI-，即运放的同相输入端的电压与反相输入端的电压相等，好象连在一起一样，这我们称为“虚短路” 。注意它们并未真正连在一起，而且它们之间还有电阻，这一点一定要牢记。$ r& p: M$ ?2 r. M8 m) @" c
在上面的讨论中，我们是怎样得到“虚短” 的结果的呢？
. T# U3 J4 Y# N- O 我们的出发点是公式 ( 1 ) ，它是运放的特性，是没有问题的，我们可以放心。然后，我们作了两个重要的假设，一个是运放的输出电压大小有限，这没有问题，运放输出当然不会超过电源，因此这个假设绝对成立，所以以后我们就不提了。第二个是说运放开环增益A很大。普通运放的A通常都达10**6，10**7甚至更高，这个假设一般没问题，但不要忘记，运放的实际开环增益还与其工作状态有关，离开了线性区，A就不一定大了，所以，这第二个假设是有条件的，我们也先记住这一点。2 ~$ E; s/ `; R- @. c
因此我们知道，当运放的开环增益A很大时，运放可以有“虚短” 。但这只是可能性，不是自动就实现的，随便拿一个运放说它的两个输入端是“虚短” 没有人会相信。“虚短” 要在特定的电路中才能实现。$ c- j6 R% r8 q0 ~( l
请先看图1的电路，如果我们将反相输入端IN-的电平固定，比如在0V，在同相输入端IN+加一个固定电压V1，并取V1 = 1mV，设运放的A = 10**6。这样，按照公式( 1 ) ，运放的输出电压Vo应该为 [- E4 @4 y9 E1 l$ u v
Vo = A * ( V1 – 0 ), Q$ y0 o0 F" E% Y
= 1000000 * 1 /1000
# w- ^- j4 p% K: \- f0 {! w; z# f8 @' t = 1000 (V)( {! ` L5 I1 T2 C" T) ]
显然，Vo 到不了1000V，它上升不到VCC运放就饱和了，A也不再是1000000了，上面的计算完全不成立，输出电压停止在比VCC略小的数值上。
+ `; X( a# n$ X# q/ } 这种是没有负反馈的情况，比较器就工作在这种情况，“虚短” 在这里不存在，两个输入段之间的电压差是1mV。8 ]4 t9 O7 o' {! ^9 ?8 S
如果我们加上负反馈电路，如图2所示，即将输出电压Vo的一部分反送到运放的反相输入端。初始时V1 = 0，Vo = 0，反相输入端的电压也是0。然后我们同样将V1调为1mV，在V1调高这一瞬间，(VI+ - VI-) = 1mV，运放受到这样一个正输入电压，其输出电压马上上升。由于有负反馈，VI- = Vo * R1 / (R1 + Rf) 也跟着上升，从而使得(VI+ - VI-)变小，这一小，Vo上升就变慢。最后，当Vo上升到一个值，使得VI- = VI+ = V1，即(VI+ - VI-) = 0，这时Vo就不动了，而运放的两个输入端就处于“虚短” 状态。可以看出，“虚短” 所以得以实现是由于有负反馈使VI- 逼近VI+的缘故。# u! ~: V6 S% [
所以“虚短” 存在的条件是：
- {* L/ o' O# l% K. l/ f1 x) @% a6 q1 | 1 ) 运放的开环增益A要足够大；6 i) l) _* J! B8 G* o3 Q2 N
2 ) 要有负反馈电路。 |
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发表于 2013-3-28 15:23
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