【導讀】大家學習電子都會接觸運算放大器，常常聽到虛短虛斷一說。虛短虛斷是解開負反饋運放電路的核心方法，具體就要從運放的原理開始說起了。

模電的半壁江山——運算放大器的原理和應用

大(da)家(jia)學(xue)習(xi)電(dian)子(zi)都(dou)會(hui)接(jie)觸(chu)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)，常(chang)常(chang)聽(ting)到(dao)虛(xu)短(duan)虛(xu)斷(duan)一(yi)說(shuo)。虛(xu)短(duan)虛(xu)斷(duan)是(shi)解(jie)開(kai)負(fu)反(fan)饋(kui)運(yun)放(fang)電(dian)路(lu)的(de)核(he)心(xin)方(fang)法(fa)，具(ju)體(ti)就(jiu)要(yao)從(cong)運(yun)放(fang)的(de)原(yuan)理(li)開(kai)始(shi)說(shuo)起(qi)了(le)。

LM741原理圖

拿LM741為例子。可以將內部電路圖分為A,B,C,D四個部分。A是(shi)差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)級(ji)。差(cha)分(fen)輸(shu)入(ru)有(you)同(tong)相(xiang)輸(shu)入(ru)和(he)反(fan)相(xiang)輸(shu)入(ru)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)。主(zhu)要(yao)作(zuo)用(yong)是(shi)在(zai)放(fang)大(da)差(cha)模(mo)信(xin)號(hao)型(xing)號(hao)的(de)同(tong)時(shi)抑(yi)製(zhi)共(gong)模(mo)信(xin)號(hao)，比(bi)如(ru)抑(yi)製(zhi)溫(wen)度(du)造(zao)成(cheng)的(de)零(ling)漂(piao)等(deng)，保(bao)證(zheng)靜(jing)態(tai)工(gong)作(zuo)點(dian)的(de)穩(wen)定(ding)
，然(ran)後(hou)將(jiang)放(fang)大(da)後(hou)的(de)信(xin)號(hao)送(song)入(ru)C
，中間放大級，將信號實現進一步的放大。最後通過D，甲乙類推挽輸出輸出信號，保證輸出信號的功率。B部分是電流源偏置
，為芯片中的工作電路提供穩定的工作電流。

運放進行封裝

jianggaidianlufengzhuangzhihoujiushenglianggeshuruduanheshuchuduan。zaiyuanlituzhongliangjidefangdadianlu，suoyiyunfangdeyigetedianshifangdabeishulixiangxiawuxianda，shijikeyidadao10000倍以上；運放引入了鏡像恒流源
，使輸入電阻接近於無窮大。所以先抓住運放的兩個特點：輸入電阻極大
，放大倍數極大，理想狀態都是無窮大。

然後引出輸出電壓計算。U0=U+-U-,即，輸出電壓=(同相輸入電壓-反相輸入電壓)*放大倍數。所以要是直接將該器件不引人，負反饋，因為放大倍數有10000以上
，則隻要同相和反相存在一定差值，比如0.001V
，那麼放大後的輸出的就可以10V以上，一般直接就是電源電壓了。

開環的運放

這(zhe)樣(yang)的(de)開(kai)環(huan)電(dian)路(lu)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)比(bi)較(jiao)器(qi)。將(jiang)反(fan)相(xiang)輸(shu)入(ru)作(zuo)為(wei)參(can)考(kao)電(dian)壓(ya)
，則(ze)將(jiang)同(tong)相(xiang)最(zui)為(wei)一(yi)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)。如(ru)果(guo)同(tong)相(xiang)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)比(bi)反(fan)相(xiang)輸(shu)入(ru)大(da)，則(ze)輸(shu)出(chu)為(wei)正(zheng)，否(fou)則(ze)就(jiu)是(shi)輸(shu)出(chu)負(fu)電(dian)壓(ya)。要(yao)是(shi)在(zai)輸(shu)出(chu)端(duan)，接(jie)入(ru)穩(wen)壓(ya)管(guan)，則(ze)可(ke)以(yi)輸(shu)出(chu)固(gu)定(ding)電(dian)壓(ya)。

引入穩壓二極管

另ling一yi個ge重zhong要yao的de應ying用yong就jiu是shi用yong在zai放fang大da。如ru上shang所suo說shuo，要yao是shi直zhi接jie這zhe樣yang連lian接jie，無wu法fa放fang大da我wo們men想xiang要yao放fang大da的de倍bei數shu。所suo以yi在zai這zhe裏li引yin入ru負fu反fan饋kui。反fan饋kui就jiu是shi將jiang輸shu出chu引yin入ru輸shu入ru，在zai兩liang者zhe之zhi間jian形xing成cheng關guan係xi，負fu反fan饋kui則ze是shi建jian立li的de聯lian係xi效xiao果guo減jian弱ruo了le原yuan先xian要yao改gai變bian方fang向xiang的de能neng力li。比bi如ru我wo一yi開kai始shi向xiang前qian走zou10步，引入反饋後我依舊往前走，但走了2步，向前走的步數減少了；要是走了20步，這就是正反饋，正反饋在正弦波發生電路應用較大。

負反饋的引入

然後就是虛短，虛斷的引入。在引入負反饋後，輸出穩定在某個值，比如2V，這時候我們反推，此時的同相和反相的電壓差值就是2/10000，這時候兩者的壓差基本可以忽略不計了，即此時的U+=U-。在深度負反饋下同相電壓等於反相電壓
，就是虛短。由於輸入電阻無窮大，所以輸入到運放的電流就是U/R,R是無窮大，則輸入電流為0
，即I+=I-=0A，就是虛斷。虛短和虛短在搭建放大電路時計算參數十分方便的。如上圖的同相放大器，根據虛短，U-=U+=U；再根據虛斷，沒有電流通過反相輸入端流入運放，則可以列出方程(0-U)/R1=(U-U0)/R2,就可以算出該電路的放大倍數。

同相負反饋電路

再如上圖
，根據虛短U+=U-=0,根據虛斷(U-0)/R2=（0-U0）/R3,帶入可以算出U0=-U
，即(ji)輸(shu)出(chu)電(dian)壓(ya)是(shi)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)的(de)負(fu)數(shu)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)根(gen)據(ju)這(zhe)個(ge)原(yuan)理(li)搭(da)建(jian)自(zi)己(ji)需(xu)要(yao)的(de)電(dian)路(lu)
，實(shi)現(xian)加(jia)減(jian)運(yun)算(suan)，通(tong)過(guo)電(dian)容(rong)實(shi)現(xian)積(ji)分(fen)或(huo)者(zhe)微(wei)分(fen)電(dian)路(lu)，根(gen)據(ju)二(er)極(ji)管(guan)或(huo)者(zhe)三(san)極(ji)管(guan)，實(shi)現(xian)指(zhi)數(shu)或(huo)者(zhe)對(dui)數(shu)運(yun)算(suan)。

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