為什么有虛短？從實(shí)例電路分析虛短！

在這篇文章中，小編通過實(shí)例介紹為什么虛短可以做到同相端和反相端的電壓保持一致，和小編一起來閱讀以下內(nèi)容吧。

一、為什么會(huì)有虛短

“虛短”顧名思義，讓人覺得好像是短路了一樣，他是說運(yùn)放輸入正端和輸入負(fù)端電位相同，也就是上圖中1端口電壓和2端口電壓相同，而這和兩點(diǎn)短路的現(xiàn)象相同，但是他又不是真正的短路，因此給他取了個(gè)名字叫“虛短”。

為什么會(huì)有“虛短”現(xiàn)象呢?這還得從運(yùn)算放大器本身說起，由于運(yùn)放本身放大倍數(shù)很大，一般開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在10000倍(80dB)以上，如果輸入一個(gè)1mV的差模電壓信號(hào)，經(jīng)過10000倍放大，輸出電壓在10V左右，而運(yùn)放的工作電壓一般在12V左右(或者更低)，顯然如果輸入差模信號(hào)電壓再大一點(diǎn)的話，運(yùn)放輸出電壓就可能是一個(gè)恒壓值，這就失去了用運(yùn)放放大信號(hào)的意義，所以說輸入到運(yùn)放輸入端的差模信號(hào)一般在1mV以下(接近0V)，1mV本身就是一個(gè)很小的電壓，所以可以近似認(rèn)為運(yùn)放輸入正端和輸入負(fù)端電位相同，也就是“虛短”。

二、虛短如何做到同相端和反相端的電壓一樣

下面就以下圖的電路為例子，看看為什么最終是u+ = u-的?

假設(shè)剛開始時(shí)，各處電壓為0，突然u1瞬間從0變?yōu)?.5V，因?yàn)閡o一開始為0V，根據(jù)“虛斷”，u-沒有電流流入放大器，所以u(píng)-為uo在R1和R2上的分壓，依然為0V。

當(dāng)u+瞬間為2.5V后，u-為0V，u+>u-，放大器會(huì)朝著電壓增大的方向進(jìn)行放大，即uo電壓會(huì)開始升高。

當(dāng)uo增大到1V，u-依然為uo的在R1和R2上的分壓，即為0.5V。此時(shí)u+=2.5V，u-=0.5V，u+>u-，放大器將電壓繼續(xù)正向放大，因此uo繼續(xù)增大。

那問題來了，uo增大到多少會(huì)停止呢?很容易想到，只要u+>u-，因?yàn)槲覀儸F(xiàn)在討論的是理想運(yùn)放，放大倍數(shù)為無窮大，所以u(píng)o就會(huì)增大(放大器是這樣一個(gè)裝置，它總是將輸入電壓放大Auo倍，即總滿足：Uo=Au*(u+ - u-))。

只有當(dāng)uo增加到5V時(shí)，u-電壓為uo在R1和R2的分壓正好是2.5V，u-等于u+，此時(shí)放大器達(dá)到平衡，不再放大，即穩(wěn)定態(tài)就是現(xiàn)在了。

那為什么穩(wěn)定態(tài)一定是u- = u+，u- > u+不行嗎?

我們也可以假設(shè)下，萬一uo一不小心超過了5V，那么u-就會(huì)大于2.5V，u-會(huì)大于u+，此時(shí)放大器會(huì)將輸出電壓反方向放大，也就是減小，最終電壓還是會(huì)向5V逼近。

因此，不論電路初始狀態(tài)電壓是怎么樣的，最終輸出都會(huì)穩(wěn)定在5V，而且u+ = u-，因?yàn)橐坏﹗+不等于u-，那么在無窮大的放大倍數(shù)下，輸出必然會(huì)變化，最終還是會(huì)導(dǎo)致u+ = u-。

總之，對(duì)于上面這個(gè)負(fù)反饋電路，最終的結(jié)果就是：u+ = u- 。

如果我們將運(yùn)放的同相端和反相端顛倒會(huì)發(fā)生什么呢?

同樣的，當(dāng)輸入突變成2.5V，因?yàn)閡o初始還是0V，那么u+也是0V，此時(shí)有u+ < u-，因此，輸出要減小，變成負(fù)的。當(dāng)輸出減小時(shí)，根據(jù)分壓關(guān)系，u+也要減小，也是負(fù)的，也就說u+比u-小得更多了，即u+與u-的差值更大了。差值更大，意味著輸入信號(hào)變大了(運(yùn)放的輸入是u+ - u-，也就是差值)。

由上面可知，“虛短”必須是負(fù)反饋，但是還需要個(gè)條件。就是放大器需要工作在線性放大區(qū)，為什么這么說呢?

以前面的負(fù)反饋為例子，當(dāng)輸入2.5V時(shí)，輸出就是5V了，但是假如供電只有3.3V呢?

顯然，輸出超不過5V，此時(shí)放大器工作在飽和區(qū)，頂天了放大器也只能放大到3.3V，因此輸出最終達(dá)不到5V，那么u-自然也到不了2.5V了，此時(shí)u+也就不等于u-了，也就不滿足虛短了。

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