运放“虚短” 的实现有两个条件
2012-09-18 08:41
155 查看
运放“虚短” 的实现有两个条件:
1 ) 运放的开环增益A要足够大;
2 ) 要有负反馈电路。
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
Vo = Vid * A = (VI+ - VI-) * A ( 1 )
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。
在上面的讨论中,我们是怎样得到“虚短” 的结果的呢?
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。
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。
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
Vo = A * ( V1 – 0 )
= 1000000 * 1 /1000
= 1000 (V)
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。
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。
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。
所以“虚短” 存在的条件是:
1 ) 运放的开环增益A要足够大;
2 ) 要有负反馈电路。
明白了“虚短” 得条件后我们就很容易判断什么时候能什么时候不能用“虚短” 作电路分析了。
在实际上,条件( 1 ) 对绝大多数运放都是成立的,关键要看工作区域。如果是书上的电路,通过计算判断;如果是实际电路,用仪器量运放输出电压是否合理即可知道。
与“虚短” 相关的还有一种情况叫“虚地” ,就是有一个输入端接地时的“虚短” ,不是新情况。
有些书上说要深度负反馈条件下才能用“虚短” ,我觉得这不准确,我认为这样说的潜思考是,在深度负反馈的情况下运放更可能工作在线性区。但这不是绝对的,输入信号太大时,深度负反馈的运放照样进入饱和。所以,应该以输出电压值判断最可靠。
模电书里提到理想运放,总会提到虚短和虚断两个概念。何谓理想运放,也就该运放输入阻抗无穷大,放大倍数也无穷大。虽然现时中并没这种东东,不过一般分析总是将它认为理想运放,这样原本复杂的运放显得多么简单。
虚断,也就是说运放的正输入端和负输入端是断开的,也即是阻抗无穷大。实际上运放的输入阻抗是很大的,所以在任何情况下,输入这个两个端口的电流是很小的。
虚短,也就是说运放的正输入端和负输入端的电位是相等的,但是这个并不是总是成立的。前提是运放处于负反馈成立的情况下。如果运放处于饱和状态下,虚短是不成立的。比如根据虚短虚断算出运放输出为20V,而其实给运放供电的电压只有15V,那么运放输出显然得不到20V,此时处于饱和状态,这时去量正负输入端电压,明显是不等的。
运放的正反馈,利用运放的正反馈,使之工作在饱和状态,可以设计成滞回比较器。
1 ) 运放的开环增益A要足够大;
2 ) 要有负反馈电路。
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
Vo = Vid * A = (VI+ - VI-) * A ( 1 )
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。
在上面的讨论中,我们是怎样得到“虚短” 的结果的呢?
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。
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。
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
Vo = A * ( V1 – 0 )
= 1000000 * 1 /1000
= 1000 (V)
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。
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。
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。
所以“虚短” 存在的条件是:
1 ) 运放的开环增益A要足够大;
2 ) 要有负反馈电路。
明白了“虚短” 得条件后我们就很容易判断什么时候能什么时候不能用“虚短” 作电路分析了。
在实际上,条件( 1 ) 对绝大多数运放都是成立的,关键要看工作区域。如果是书上的电路,通过计算判断;如果是实际电路,用仪器量运放输出电压是否合理即可知道。
与“虚短” 相关的还有一种情况叫“虚地” ,就是有一个输入端接地时的“虚短” ,不是新情况。
有些书上说要深度负反馈条件下才能用“虚短” ,我觉得这不准确,我认为这样说的潜思考是,在深度负反馈的情况下运放更可能工作在线性区。但这不是绝对的,输入信号太大时,深度负反馈的运放照样进入饱和。所以,应该以输出电压值判断最可靠。
模电书里提到理想运放,总会提到虚短和虚断两个概念。何谓理想运放,也就该运放输入阻抗无穷大,放大倍数也无穷大。虽然现时中并没这种东东,不过一般分析总是将它认为理想运放,这样原本复杂的运放显得多么简单。
虚断,也就是说运放的正输入端和负输入端是断开的,也即是阻抗无穷大。实际上运放的输入阻抗是很大的,所以在任何情况下,输入这个两个端口的电流是很小的。
虚短,也就是说运放的正输入端和负输入端的电位是相等的,但是这个并不是总是成立的。前提是运放处于负反馈成立的情况下。如果运放处于饱和状态下,虚短是不成立的。比如根据虚短虚断算出运放输出为20V,而其实给运放供电的电压只有15V,那么运放输出显然得不到20V,此时处于饱和状态,这时去量正负输入端电压,明显是不等的。
运放的正反馈,利用运放的正反馈,使之工作在饱和状态,可以设计成滞回比较器。
相关文章推荐
- day01之合并两个有序链表+实现1+2+3...+n要求不能使用乘除法循环条件判断等
- 实现了对两个表进行条件搜索的功能,这里要完全感谢liuxiaoyi666的支持。
- 黑马程序员-Condition条件对象、Semaphore、CyclicBarrier、倒计时门栓 CountDownLatch、Exchanger(实现两个线程之间数据交换
- strlen()和swap() 两个函数的实现(特定条件下)。
- 两个表字段之间的批量更新实现的是将a表中的a1 更换成b表中的b2,条件是a1 = b1,并且a1和b1都是唯一的。
- PHP中如何不引入第三个变量的条件下实现:交换两个变量的值?
- thinkphp实现对两个字段或or条件搜索
- 面试题7:用两个栈实现队列
- 两个辅助指针变量挖字符串(4种实现方式)
- vue实现条件判断动态绑定样式的方法
- ASP.NET生成两个日期范围内随机时间的实现方法
- 用C++实现设计模式---两个迭代器的传说
- 剑指offer(6):用两个栈实现队列
- 利用ViewFlipper和GestureDetector实现两个layout之间动画切换
- 剑指offer 用两个栈实现队列
- 【编程题目】合并两个排序链表(C++实现)
- 实现两个超长正整数相加
- 三元组(a,b,c)标识a币种到b币种的汇率为c,反向亦成立。 输入一堆这样的三元组,再指定两个币种x y,问x->y的汇率是多少? 请编程实现,并给出时间、空间复杂度。
- jQuery:实现两个<select>控件的互移操作
- 20150328晚,不使用乘号运算符实现两个整数乘法