学习记录14-运算放大器2

一、理想放大器

如果没有基础或只是想简单了解，可以看我前一篇文章：

学习记录7-运算放大器1

在说虚短虚断前先说一下理想放大器的概念：

1、增益无穷大

增益无穷大好理解，因为一般运放的增益就是很大的

2、输入阻抗无穷大

理想运放的输入阻抗无穷大，实际运放的阻抗是MΩ级别的

3、输出阻抗为0

理想运放的输出阻抗可以看成是0。实际可能有几十到上百Ω。

可能有人会认为，这阻抗也不是很低啊，咋就能忽略呢？

这个其实还是看应用，如果运放后端的电路等效输入阻抗比较高，那么自然就可以忽略的。如果负载的输入阻抗本身也就只有几十或百Ω，那么自然就不能完全忽略。

二、虚断

虚断”相对于“虚短”来说，相对简单点。

前面说理想运放的输入阻抗无穷大，解读一下就是说，如果给运放的输入端加个电压，那么流入流出运放的输入管脚的电流就是0，阻抗无穷大嘛，自然没有电流，那就相当于是开路，也就是断路。但是呢，这跟完全断路又不一样，因为运放还是会感应输入端的电压的，所以也不是真的断路，因此，称为“虚断”。

可以看到，“虚断”跟把运放接成什么样的电路没有关系，只要是个集成运放，都可以运用虚断来分析（严格来说，实际运放输入端还是有电流的，只是相当小。如果外部电阻实在太大，导致电阻电流接近或者超过运放的输入端微小电流，“虚断”还是会失效的）。

相对于“虚断”的基本无门槛使用，运放的“虚短”使用是有门槛的。

二、虚短

虚短的两个使用条件

1、电路为负反馈电路

2、运放工作在线性放大区

1.虚短概念

要理解这两点，我们只需要知道“虚短”是咋来的就好了。

首先，虚短的意思是什么呢？

我们知道，运放有两个输入端，同相端和反相端，“虚短”说的就是同相端和反相端的电压一样，就跟短路一样，那它是如何做到这一点的呢？我们前面说的理想运放的三个特点也没有这个呀？

下面就以下图的电路为例子，看看为什么最终是u+ = u-的？

假设刚开始时，各处电压为0，突然u1瞬间从0变为2.5V，因为uo一开始为0V，根据“虚断”，u-没有电流流入放大器，所以u-为uo在R1和R2上的分压，依然为0V。

当u+瞬间为2.5V后，u-为0V，u+>u-，放大器会朝着电压增大的方向进行放大，即uo电压会开始升高

当uo增大到1V，u-依然为uo的在R1和R2上的分压，即为0.5V。此时u+=2.5V，u-=0.5V，u+>u-，放大器将电压继续正向放大，因此uo继续增大。

那问题来了，uo增大到多少会停止呢？很容易想到，只要u+>u-，因为我们现在讨论的是理想运放，放大倍数为无穷大，所以uo就会增大（放大器是这样一个装置，它总是将输入电压放大Auo倍，即总满足：Uo=Au*（u+ - u-））。

只有当uo增加到5V时，u-电压为uo在R1和R2的分压正好是2.5V，u-等于u+，此时放大器达到平衡，不再放大，即稳定态就是现在了。

那为什么稳定态一定是u- = u+，u- > u+不行吗？

我们也可以假设下，万一uo一不小心超过了5V，那么u-就会大于2.5V，u-会大于u+，此时放大器会将输出电压反方向放大，也就是减小，最终电压还是会向5V逼近。

因此，不论电路初始状态电压是怎么样的，最终输出都会稳定在5V，而且u+ = u-，因为一旦u+不等于u-，那么在无穷大的放大倍数下，输出必然会变化，最终还是会导致u+ = u-。

前面这些有点绕，我们仔细想一下，逻辑是不是这样：当u+不等于u-时，输出就会变化，这个变化又会送回到输入端，图中为u-，进而导致u+与u-的差值变小，差值变小，意味着输入信号变小了（运放的输入是u+ - u-，也就是差值）。

也就是说，输出信号将自己通过电阻R2和R1又送到输入端，降低了输入信号，这不就是负反馈吗？

总之，对于上面这个负反馈电路，最终的结果就是：u+ = u-

这就是虚短：“虚短”说的就是同相端和反相端的电压一样，就跟短路一样。

2.如果我们将运放的同相端和反相端颠倒会怎样呢？

同样的，当输入突变成2.5V，因为uo初始还是0V，那么u+也是0V，此时有u+ < u-，因此，输出要减小，变成负的。当输出减小时，根据分压关系，u+也要减小，也是负的，也就说u+比u-小得更多了，即u+与u-的差值更大了。差值更大，意味着输入信号变大了（运放的输入是（u+） -（ u-），也就是差值）。

也就是说，输出信号将自己通过电阻R2和R1又送到输入端，加强了输入信号，这不就是正反馈嘛。

由此得出第一条件：电路为负反馈电路。

很容易想到，最终的稳态就是uo能输出多低就是多低，如果是单电源供电，那么uo=0V，此时u+=0V，而u-=2.5V，显然，u+不等于u-，也就是说不满足“虚短”

第二条件：运放工作在线性放大区

以前面的负反馈为例子，当输入2.5V时，输出就是5V了，但是假如供电只有3.3V呢？

显然，输出超不过5V，此时放大器工作在饱和区，顶天了放大器也只能放大到3.3V，因此输出最终达不到5V，那么u-自然也到不了2.5V了，此时u+也就不等于u-了，也就不满足虚短了。

所以说，满足虚短还需要放大器工作在线性放大区。