一文解析模电的虚断和虚短的概念

　　什么是虚短和虚断

　　虚短是指于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。因此运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。虚短得出正负输入端等电位的结论。

　　虚断是由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1MΩ以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1uA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。虚断得出电流不流入流出放大器输入端，而外端电流相等的结论。

　　虚短特点

　　差模输入电阻Rid=∞；开环差模电压增益Aud=∞；

　　输出电阻Ro=0；带宽fH=∞；共模抑制比KCMR=∞。

　　集成运放工作在线性区的必要条件是引入深度负反馈。

　　理想运放工作在线性区特点：

　　Uo=Aud（U+—U-），

　　由Aud=∞=〉（U+—U-）=Uo/Aud=0

　　U+=U-，即虚短。

　　由Rid=∞，两个输入端均没有电流，

　　i+=i-=0，即虚断。

　　虚短和虚断使用条件

　　虚断的存在是无条件的，因为这是由它的内部结构决定的，电流进不去。（当然是理想状态）虚短的存在是有条件的，这个条件是“运放要处于放大状态”，要满足这个条件只有两种状态：

　　1、在开环电路中，输入两端的电压差非常小，不会让运放饱和；

　　2、在闭环的深度反馈电路中。

　　用虚短和虚断分析运放电路

　　如图，是常见的反相比例运算放大电路，下面用虚短和虚断的方法来分析电路。

　　在反相放大电路中，信号电压通过电阻R1加至运放的反相输入端，输出电压vo通过反馈电阻Rf反馈到运放的反相输入端，构成电压并联负反馈放大电路。

　　运放的同相端接地=0V，反相端和同相端虚短，所以也是0V，反相输入端输入电阻很高，虚断，几乎没有电流注入和流出，那么R1和Rf相当于是串联的，流过一个串联电路中的每一只组件的电流是相同的，即流过R1的电流和流过Rf的电流是相同的。

　　根据欧姆定律：

　　Is= （Vs- V-）/R1 ………a

　　If= （V- - Vo）/Rf ……b

　　V- = V+ = 0 ………………c

　　Is= If ……………………d

　　求解后可能Vo== （-Rf/R1）*Vi

　　在分析电路的过程中，暂时不用管运放的其他特性，就根据虚短和虚断的特性来分析。当然，若运放不工作在放大区时，不满足虚短和虚断发条件，不能使用此种方法来分析。如比较器。

　　如下图，是运放实现的加法器，用虚短和虚断的方法来分析此电路。

　　由于电路存在虚短，运放的净输入电压vI=0，反相端为虚地。

　　vI=0，vN=0…………………………………………a

　　反相端输入电流iI=0的概念，通过R2与R1的电流之和等于通过Rf的电流故 （Vs1 – V-）/R1 + （Vs2 – V-）/R2 = （V- –Vo）/Rf…………b.

　　如果取R1=R2=R3，由a，b两式解得-Vout=Vs1+Vs2.

　　式中负号为反相输入所致，若再接一级反相电路，可消去负号。

　　虚短是运放正输入端和负输入端的电压相等，近似短路；虚断是流入正负输入端的电流为0。只要 掌握了这一点，在运用欧姆定律，即可很容易的分析同相比例放大电路，反向比例放大电路等常用的运放放大电路。