運算放大器增益計算虛短虛斷簡單易懂的分析方法

一、基本概念介紹

虛短、虛斷是模擬電路中理想集成運放的兩個重要概念。由於運放的電壓放大倍數很大，一般通用型運算放大器的開環電壓放大倍數都在80dB以上。而運放的輸出電壓是有限的，一般在10V～14V。因此運放的差模輸入電壓不足1mV，兩輸入端近似等電位，相當於「短路」。開環電壓放大倍數越大，兩輸入端的電位越接近相等。

　　虛短

　　虛短指在理想情況下，兩個輸入端的電位相等，就好像兩個輸入端短接在一起，但事實上並沒有短接，稱為「虛短」。虛短的必要條件是運放引入深度負反饋。集成運放的線性應用時，可近似地認為uN-uP=0，uN=uP時，即反相與同相輸入端之間相當於短路，故稱虛假短路，簡稱「虛短」。

　　「虛短」是指在分析運算放大器處於線性狀態時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。

　　虛斷

　　虛斷指在理想情況下，流入集成運算放大器輸入端電流為零。這是由於理想運算放大器的輸入電阻無限大，就好像運放兩個輸入端之間開路。但事實上並沒有開路，稱為「虛斷」。當兩個輸入端的輸入電流為零，即iN=iP=0時，可認為反相與同相輸入端之間相當於斷路，稱為虛假斷路，簡稱「虛斷」。

由於運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠小於輸入端外電路的電流。故通常可把運放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路。【1】

二、一個運放增益分析的案例

接下來通過一個反向放大器增益計算的案例，詳細運用虛短虛斷的使用和分析方法。

2.1 虛斷分析

如圖 2，由於反向輸入端輸入電阻很高，幾乎沒有電流的輸入和輸出，所以虛斷分析簡單地說就是假設將運算放大器的兩個輸入端斷開，則R1和R2為串聯的關係，流過R1、R2的電流相等。

則有：

流過R1的電流：I1=(Vi - V- ) / R1 (1)

流過R2的電流：I2=(V- - Vout ) / R2 (2)

I1 =I2 (3)

2.2 虛短分析

如圖 3，虛短分析就是假設將運放的兩個輸入端連接起來。

由虛短分析可知：V- = V+ = 0 (4)

由算式（1-4）可知，

Vout = (-R2/R1)*Vi

所以，此反向放大器的增益為-R2/R1。【2】

【參考】

【1】集成運放虛短虛斷概念分析

集成運放虛短虛斷概念分析 - 電子常識 - 電子發燒友網

【2】經典運放電路分析

經典運放電路分析_百度文庫