運放電路—虛短虛斷介紹

最近在公司碰到了電流采樣用的同相運放電路，運放應該是模電中的基石了，大學時掛科的頭疼歷歷在目。什么微積分加減法器，什么差動輸入…關系公式看著就糊涂。不過誰讓這些東西是我們電子打工人的飯碗呢，還是得老老實實從最簡單原理學起。

進入主題，運算放大器顧名思義，猜想就能夠對信號進行運算并能夠放大作用的電路，但是它有什么性質呢，先來看看兩個貫穿所有運放組合電路的特性。

• 虛短

我們知道一個理想的導線兩端如果流過電流，則兩端電間沒有電位差就是短路，如下是運放模型及轉移特性曲線。運放在一定的條件下輸入兩端的電位相等，稱為虛短。運放虛短的實現有兩個條件；一是運放的開環增益要足夠大，二是要構成負反饋電路。

運放工作在線性區時，輸出電壓與輸入電壓呈現線性關系，其中，Uo是集成運放的輸出電壓；U+和U-分別是同相及反相輸入端的電壓，Ud為其電壓差(Ud=Uo/A)；A是開環差模電壓放大倍數。理想運放的開環差模電壓放大倍數等于無窮大，而輸出電壓為確定數值，則同相輸入端電壓與反相輸入端電壓近似相等，如同將u+和u-兩點短路，兩點短路為等效短路，所以把這種現象稱為虛短。

運放工作在非線性區時，輸出電壓不再隨輸入電壓線性增長，輸出電壓就達到飽和值。當u+>u-時；運放工作在正向飽和區，輸出正飽和值。反之工作在負向飽和壓，輸出負飽和值。運放工作在非線性區時u+≠u-，就不存在“虛短”現象了。

• 虛斷

輸入阻抗無窮大：記得RLC諧振電路的性質；當處于諧振狀態的時候電路對外呈現出純阻抗的性質；電容電感產生無功功率進行能量交換，所以相當于與前級電阻斷開（對外呈現一個很大的阻抗）這就是虛斷的概念。

運放的輸入端也是對外呈現出很大的阻抗，能流過的電流極?。╱A級別），這是運放本身的特性，所以在無論任何運放電路中都有這個虛斷這個概念。

• 小結運放的特性

1. 極大的輸入電阻：高輸入阻抗，輸入端流入電流近于0，幾乎不取用信號源電流，近于電壓控制特性，從而導出“虛斷”概念。
2. 極小的輸出電阻：具有（在負載能力以內）不挑負載，適應任意負載的特性。后級負載電路的阻抗大小不會影響到輸出電壓。
3. 無窮大的電壓放大倍數（實際的放大倍數是有限）：在一定供電電壓條件下，放大器僅能工作閉環（負反饋）模式下。在閉環狀態下，放大器隨機比較兩輸入端的電位高低，不等時輸出級即時做出調整動作，整個放大過程就是動態平衡的調整。（放大的最后目的就是使兩輸入端電位相等，從而能導出“虛短”概念）

• 實例分析

以下圖這種我接觸得較多的采樣電路為例，可以實現將電流轉換成電壓后再送ADC轉換成數字信號。如仿真電路所示；電流流過采樣電阻R1，在R1上會產生電壓差。由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則流過R2和R3的電流相等，流過R4和R5的電流相等。

由虛斷列公式：同相輸入端電壓V+

反向相輸入端電壓V-

再由虛短知：V+ = V-，則聯立方程就可解出Vout，這就實現了對于電流信號的采樣轉化以便送由ADC處理。

總結： 以上的一個簡單的原理電路也算是把虛短虛短真正應用到了一個電路中去分析，而不是死記著公式去套用，也算是對運放有了一個淺層的了解。