含有运算放大器的电路分析举例(理解放大器虚断和虚短)
运放虚短虚断内部电路解读
运放虚短虚断内部电路解读运放虚短虚断内部电路解读在电子领域中，运放（Operational Amplifier，简称Op-Amp）是一种重要的集成电路元件，广泛应用于模拟信号处理、放大、滤波、比较等领域。
其中，虚短和虚断是指运放内部电路中的两种重要的概念，对于理解运放的工作原理和性能具有至关重要的作用。
1. 虚短概念解读虚短是指运放的两个输入端（非反相输入端和反相输入端）之间的电压差非常接近于零的现象。
在理想情况下，运放的非反相输入端和反相输入端之间的电压差为零，即虚短。
虚短的概念是基于运放内部的负反馈机制，通过负反馈可以使运放的输入电压差尽可能接近于零，从而减小了运放的各种非线性失真和温度漂移等影响。
2. 虚断概念解读虚断是指运放的输出端与负电源端之间的电压差非常接近于负电源电压的现象。
在理想情况下，运放的输出端与负电源端之间的电压差等于负电源电压，即虚断。
虚断的概念同样是基于运放内部的负反馈机制，通过负反馈可以使运放的输出电压尽可能接近于负电源电压，从而增大了运放的动态范围和输出电压摆幅。
3. 运放内部电路解读运放内部含有多个晶体管、电容器、电阻器等元件，其中包括差分输入级、输入级、中间级、输出级等子电路。
这些子电路共同构成了运放的工作原理和性能。
在虚短和虚断的作用下，运放内部的各个子电路能够协同工作，实现了高增益、低失真、宽带宽、高共模抑制比等优秀的性能。
4. 个人观点和理解在实际电路设计中，虚短和虚断是重要的设计考虑因素，合理利用和理解虚短和虚断的概念能够帮助工程师设计出性能优越的电路。
深入理解运放内部的电路结构和工作原理，不仅可以提高设计的准确性和稳定性，还能够为解决实际电路中的问题提供更多的思路和方法。
通过以上对虚短虚断内部电路的解读，相信读者对运放的工作原理和性能有了更深入的理解。
在实际应用中，理解虚短和虚断的概念，对于提高电路设计的精度和可靠性具有重要的意义。
希望本文能够为读者提供一些有益的参考和帮助。
虚短和虚断概念剖解及应用实例
虚短和虚断概念剖解及应用实例
虚短、虚断是模拟电路中理想集成运放的两个重要概念。
虚短指在理想情况下，两个输入端的电位相等，就好像两个输入端短接在一起，但事实上并没有短接，称为虚短。
虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。
虚断指在理想情况下，流入集成运算放大器输入端电流为零。
这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大，就好像运放两个输入端之间开路。
但事实上并没有开路，称为虚断。
应用举例：
图一：运放的同向端接地=0V，反向端和同向端虚短，所以也是0V，反向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R2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R2的电流是相同的。
流过R1的电流I1 = （Vi - V-）/R1 a 流过R2的电流I2 = （V- - V out）/R2 b V- = V+ = 0 c I1 = I2 d 求解上面的初中代数方程得V out = （-R2/R1）*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了。
图二：Vi与V-虚短，则Vi = V- a 因为虚断，反向输入端没有电流输入输出，通过R1和R2 的电流相等，设此电流为I，由欧姆定律得：I = V out/（R1+R2）b Vi等于R2上的分压，即：Vi = I*R2 c 由abc式得V out=Vi*（R1+R2）/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。
利用“虚短”与“虚断”分析运算放大器电路
利⽤“虚短”与“虚断”分析运算放⼤器电路模拟电路中，运算放⼤器电路占半壁江⼭，由运算放⼤器组成五花⼋门的各种电路。
⼀般在模拟课的课堂上，⼤多数同学习惯记住公式，但是把电路稍微变换下，就不知所措了。
究其原因，是没有抓住运算放⼤器的精髓。
以放⼤器AD623芯⽚为例，⼿把⼿带领同学们分析运算放⼤器电路，并且在本⽂最后，布置了⼀道作业题，最先答对的同学获得ADI专属定制⼩⽶螺丝⼑套装，另抽取2位获得ADI专属定制⼩⽶圆珠笔。
图1已知电路如上图，根据以上电路，求其输⼊电阻和⽐例系数。
先检测⾃⼰是否会做？这个电路是典型的运算放⼤器电路，相信⼤家不陌⽣。
AD623是⼀个集成单电源仪表放⼤器，能在单电源（+3v～+12v）下提供满电源幅度的输出。
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放⼤器电压传输特性在解析答案之前，我们必须要先搞清楚两个概念“虚短”和“虚断”，这就需要从运算放⼤器的电压传输特性说起。
如下图2（a）所⽰，运算放⼤器有两个输⼊端，⼀个输出端，其中“+”表⽰同相输⼊端，“-”表⽰反相输⼊端。
这⾥的“同相”和“反相”是相对于输出端⽽⾔的。
即“+”端输⼊信号极性与输出端相同，“-”端输⼊信号极性与输出端相反。
图2集成运放的符号和电压传输特性再看电压传输特性，如图2（b）所⽰，输出电压uo是同相输⼊端与反相输⼊端之间电位差（uP-uN）的函数。
从图中可以看出，运放⼯作区域可以分为放⼤区和饱和区。
在线性区内，斜率即运放的放⼤倍数。
在饱和区，输出电压只有+Uomax和-Uomax两种可能。
在没有引⼊反馈的情况下，运放的电压放⼤倍数称为差模开环放⼤倍数Aod，通常Aod很⼤。
在实际使⽤中，运放⼀般⼯作在线性区，输⼊电压（uP-uN）与输出电压uo的关系可表⽰为：综上所述，运放电压传输特性⽤数学⽅式可表达为：模电课本上讲过，“虚短”和“虚断”是分析运放运算电路的基本出发点。
很多同学对“虚短”、“虚断”概念理解的不是很透彻，从⽽在分析运算电路的时候感到⽆从下⼿。
虚短和虚断的详细解释
电路基础知识 -- 虚短和虚断遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念虚短：由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80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在 10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，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：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。
在分析运放电路工作原理时，首先请暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
我们理解的就是理想放大器（其实在维修中和大多数设计过程中，把实际放大器当做理想放大器来分析也不会有问题）。
运算放大器电路分析详解
透解放大器遍观所有模拟电子技朮的书籍和课程，在介绍运算放大器电路的时候，无非是先给电路来个定性，比如这是一个同向放大器，然后去推导它的输出与输入的关系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一个反向放大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后学生往往得出这样一个印象：记住公式就可以了！如果我们将电路稍稍变换一下，他们就找不着北了！偶曾经面试过至少100个以上的大专以上学历的电子专业应聘者，结果能将我给出的运算放大器电路分析得一点不错的没有超过10个人！其它专业毕业的更是可想而知了。
今天，芯片级维修教各位战无不胜的两招，这两招在所有运放电路的教材里都写得明白，就是“虚短”和“虚断”，不过要把它运用得出神入化，就要有较深厚的功底了。
虚短和虚断的概念由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80 dB以上。
而运放的输出电压是有限的，一般在10 V～14 V。
因此运放的差模输入电压不足1 mV，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。
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。
在分析运放电路工作原理时，首先请各位暂时忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、减法器，什么差动输入……暂时忘掉那些输入输出关系的公式……这些东东只会干扰你，让你更糊涂﹔也请各位暂时不要理会输入偏置电流、共模抑制比、失调电压等电路参数，这是设计者要考虑的事情。
虚短和虚断原理及实例
“虚短”与“虚断”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；一般的运放都可以满足。
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V o = Vid * A = (VI+ - VI-) * A （1）这是基本公式，不容置疑的。
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VI，并取VI = 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V o = A * (VI – 0 ) = 1000000 * 1 /1000 = 1000 (V)显然，V o 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。
集成运算放大电路中的虚短和虚断
甘肃科技 Gansu Science and Technology
Vol.35 No.5 Mar. 2019
集成运算放大电路中的“虚短”和“虚断”
高翔
(酒泉职业技术学院，甘肃酒泉735000)
摘要：本文主要讲述高职教育电子技术课堂教学中集成运算放大电路“虚短”和“虚断”的概念。首先，讲述“虚短”和 “虚断”的基本概念;然后，结合放大电路基本理论，以典型集成运算放电路线性应用为例进行论述，得出集成运算放大 电路“虚短”和“虚断”的结论;最后，对本文进行总结，简述集成运算放大电路“虚短”和“虚断”的概念，简要介绍“虚短” 和“虚断”的概念在课堂教学中的基本注意事项。 关键词：电子技术；集成运算放大电路；虚短、虚断； 中图分类号:TM13
解：由“虚断”可知，理想运放,口尸0,所以有 T 又“+接地,即u+=0o 再由“虚短”可知，理想运放u+=u^所以u=0； 则可得：
Hr -11 Hr
，一土
F
Rf
Rf
又由ii-iF可得 乞=_直
即
或 在分析电路的过程中，暂时不考虑运放的其他
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。
ic C
41------
+
r+
图3积分运算放大电路
可见，输出电压与输入电压⑷成积分关系， 实现了积分运算。负号表示输出与输入反相。RC为 积分时间常数，其值大小决定积分作用的强弱。RC 越小，积分作用越强，反之积分作用越弱。
总之：“虚短”是运放正输入端和负输入端的电 压相等，近似短路，可得u+=u_； “虚断”是流入正负输 入端的电流为0,可得i百一=0。只要掌握了这一点， 再运用欧姆定律，即可很容易的分析同向比例、反 向比例运算放大电路、微分运算放大电路等常用的 集成运算放大电路性
运算放大器虚短虚断原理
运算放大器虚短虚断原理一、定义运算放大器是一种主要用于放大输入信号并输出放大信号的电子设备。
它具有高增益、高输入阻抗和低输出阻抗的特点，广泛应用于模拟电路中。
虚短和虚断是运算放大器的两种特殊工作状态。
虚短是指运算放大器的输入端之间的电压差接近于零的状态，而虚断则是指运算放大器的输入端之间的电压差无限大的状态。
二、工作原理在运算放大器的反馈回路中，通过调节反馈电阻和输入电阻之间的比例关系，可以使运算放大器的输入端之间的电压差接近于零，即虚短状态。
此时，运算放大器的输出电压将由输入电压放大倍数决定。
虚短状态下，运算放大器的输入电阻非常大，几乎等于无穷大。
因此，输入信号源可以提供较小的电流，而不会对输入端产生显著的电压降。
这样，可以保证输入信号源与运算放大器之间的电压差几乎为零，从而实现了电压放大功能。
虚断状态是指运算放大器的输入端之间的电压差无限大的状态。
在虚断状态下，运算放大器的输入电阻几乎等于零，输入电流也几乎等于零。
因此，输入信号源的电流几乎不会流入运算放大器，也不会对输入端产生显著的电压降。
此时，运算放大器的输出电压接近于供电电压的最大值或最小值。
三、应用运算放大器的虚短虚断原理在电路设计中具有重要的应用价值。
通过合理选择反馈电阻和输入电阻的比例关系，可以实现不同的电路功能。
在电压放大电路中，我们通常希望运算放大器处于虚短状态，以实现电压的精确放大。
通过调节反馈电阻和输入电阻的比例，可以确定电压放大倍数。
在比较电路中，运算放大器处于虚断状态，可以实现对输入信号的比较功能。
当输入信号超过某个阈值时，运算放大器的输出电压将切换到高电平或低电平。
四、可能出现的问题在实际应用中，由于环境干扰、元器件故障或电路设计不当等原因，运算放大器可能无法正常工作，导致虚短虚断原理失效。
如果反馈回路发生断路或接触不良，运算放大器将无法保持虚短状态，导致输出电压异常。
类似地，如果输入信号源与运算放大器之间存在短路或接触不良，也会导致虚断状态失效。