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  • 本文主要讲了运放虚短虚断的判断方法,下面一起来学习一下
  • 本文主要对运放电路虚短虚断进行了分析,下面 一起来学习一下
  • 本篇文章主要介绍虚短虚断和虚地三个概念的区分,感兴趣的朋友可以看看。
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  • 集成运放虚短虚断概念分析 虚短和虚断怎么理解 虚短虚断是模拟电路中理想集成运放的两个重要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80dB以上而运放的输出电压是有限的一般在10...
  • 运放虚短虚断的成立条件

    千次阅读 2020-08-07 08:03:08
    运放虚短虚断的成立条件

    虚短虚断的使用条件

    转载自:电子发烧友,讲的非常明白,得劲儿
      虚断的存在是无条件的,因为这是由它的内部结构决定的,电流进不去。(当然是理想状态)

    虚短的存在是有条件的,这个条件是“运放要处于放大状态”,要满足这个条件只有两种状态:

    1、在开环电路中,输入两端的电压差非常小,不会让运放饱和;

    2、在闭环的深度反馈电路中。

    虚地只是虚短的一种特例。

    什么情况下运放才能用虚短和虚断的概念
      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,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106,107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。

    什么情况下运放才能用虚短和虚断的概念

    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。

    也就是说“增益很大的运放工作在线性区”才满足“虚短”条件,满足条件的有两种电路状态:

    1,开环状态中,输入两端间的电压很小。

    2,闭环的深度负反馈电路。

    注:集成运放引入的负反馈通常可以认为是深度负反馈(因为增益A很大,反馈系数F很小。即AF1)

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  • 虚短虚断的理解

    千次阅读 2018-02-10 13:43:18
    虚短虚断的理解(详情见康华光版模电P350) 必要条件:1.负反馈 2.深度。 在深度负反馈下,Xi 约等于 Xf 也即净输入量为0 对串联负反馈,Vi 约等于 Vf ,Vid =0(虚短); 对并联负反馈,Ii 约等于 If , Iid = 0...

    虚短虚断的理解(详情见康华光版模电P350)

    必要条件:1.负反馈 2.深度。

    在深度负反馈下,Xi 约等于 Xf

    也即净输入量为0

    对串联负反馈,Vi 约等于 Vf ,Vid =0(虚短);
    对并联负反馈,Ii 约等于 If , Iid = 0(虚断).

    *总之,为什么会出现虚短虚断呢?
    因为在深度负反馈下,输入信号约等于反馈信号,净输入量约为0,对串联负反馈,电流净输入量为0,因此“虚短”。对并联负反馈,电压净输入量为0,因此“虚短”*

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  • 放大电路虚短虚断

    2016-01-21 00:34:45
    放大电路虚短虚断的区别,及形成条件简述
  • 运算放大器由来及虚短虚断的讨论 运算放大器在现代有着广泛的应用,它也是电子爱好者经常使用的电子元件之一。在学习运算放大器(运放)的时候,一定会接触到“虚短”、“虚断”两个概念,熟练运用运放的这两个特性...

    运算放大器由来及虚短虚断的讨论

    运算放大器在现代有着广泛的应用,它也是电子爱好者经常使用的电子元件之一。在学习运算放大器(运放)的时候,一定会接触到“虚短”、“虚断”两个概念,熟练运用运放的这两个特性会使得运放电路的计算变得十分简单。本文将从运放的诞生以及运放数学模型的角度来探讨“虚短”、“虚短”的由来。

    1、运放的诞生

    1、1问题的提出

    在运放的概念提出之前,当时使用的放大器普遍存在着这样的问题:即在出厂前调整好的放大器在实际使用时由于环境的变化,其性能会受到极大的影响。例如晶体三极管本身的特性对温度的变化非常敏感,由晶体管构成的电路如果不采取一定措施的话,电路本身会因环境温度的变化而无法正常工作。当时的电子工程师们需要一个有效的方案来稳定放大器的工作状态。

    1、2解决的办法

    1934年,AT&T雇员哈瑞 布莱克(Harry Black)搭乘轮渡去上班,他富有创造力地想到了一个解决放大器稳定性的新办法。
    首先构造这样一个放大器:它有用比实际需求大得多的增益。然后把输出信号的一部分以某种方式反馈到输入端,而反馈的方式应该使整个电路的增益只取决于反馈电路,而不取决于放大器本身。这样,电路的增益就与无源的反馈器件有关,而与有源的放大器无关
    这种被叫做“负反馈”的操作,是现代所有运算放大器的基本工作原理!

    1、3理想运放的数学模型

    有了概念性的理论之后,还需要证明这种概念确实可行,下面我们就来证明哈瑞提出的理论是否正确。
    考虑这样一个电路:它由一个放大器和一个反馈部分组成,放大器本身的增益为无穷大,如下图所示。
    运放电路模型
    我们的目的是证明电路的增益只与反馈回路有关,而与放大器本身无关。
    有:A=OIA=\frac{O}{I}
    O=GIgO=G*I_g
    Ig=IIfIg=I-I_f
    If=OFI_f=O*F
    最终整理得到
    O=G(IOGF)O=G*(I-O*GF)
    OI=11G+F\frac{O}{I}=\frac{1}{\frac{1}{G}+F}
    由于G趋近于无穷大,最终得到的结果如下
    A=OI=1FA=\frac{O}{I}=\frac{1}{F}
    到这里可以看出,这样的放大器模型放大倍数确实只与反馈回路F有关,实际使用中反馈回路往往使用电阻构成,电阻的特性随环境变化不大,这就保证了放大电路的稳定性。

    2、运放的虚短虚断

    2、1虚断

    在设计复杂电路时经常采取的办法是将电路按照功能分成几个部分,每个部分独立完成自己的工作,各部分之间只传递信号,其他变量互不干扰。最常见的就是各种隔离电容和旁路电容。

    对于电压输入端来说,最理想的状态是输入阻抗无穷大,这样对于上一级来说等于开路,上一级独立分析出的参数在下一级接入前后不会有大的改变。
    同理,运放往往要放大极其微小的信号,它不能影响输入端的特性,因此运放的输入阻抗被设计的很大,基本在兆欧级别。这里的输入阻抗是从运放的同相输入端和反向输入端看的,这就是运放“虚断”的由来。

    有兴趣的话还可以去研究下运放内部的电路构成。

    2、2虚短

    运放的虚短与其工作方式有关,即“负反馈”的工作状态。
    考虑下图所示放大器电路同相放大器
    对于运放来说,有
    Vo=G(Vo+Vo)V_o=G*(V_{o+}-V_{o-})

    由图中可知V=R(Rf+R)VoV_{-}=\frac{R}{(R_f+R)}*V_o
    假设此时V+>VV_+>V_-

    那么在无穷大增益的作用下,输出电压会上升,那么VV_- 也会上升,直到V+=VV_+=V_-

    同样,假设此时V+<VV_+<V_-

    那么在无穷大增益的作用下,输出电压会下降,那么VV_- 也会下降,直到V+=VV_+=V_-

    就这样靠着分压电阻给反向输入端的反馈,任何不满足V+=VV_+=V_- 的情况都会引起输出电压的变化,最终电路会自己调整到满足V+=VV_+=V_-的状态。在这样的调节机制下,总是能保证V+=VV_+=V_-,即“虚短”状态。

    总结下来就是运放本身的电路结构决定了它虚断的特性,负反馈的电路构成方式决定了它虚短的特性。只有在运放电路构成负反馈时虚短才成立,在运放正反馈接法时虚短是不成立的


    • 参考资料《运算放大器权威指南(第3版)》
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  • 看了之后保证会运放的计算了 运放电路分析 虚短虚断计算放大倍数
  • 虚短虚断详解

    千次阅读 多人点赞 2018-03-20 16:50:13
    只要是放大电路,虚短虚断的规律仍然是符合的! 由虚断知,运放输入端没有电流流过, 则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a 同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b 由虚短知 V1 = V2 ……c ...

     

    参考百度文库:原文

     

     

    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(之前分析时只是简单的将两输入端认为成真正的短路,这样的错误分析方法会使放大电路更加难以分析。上下两半电位虽然相等但是不一起作为回路分析。)。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)。
             让我们抓过两把“板斧”------“虚短”和“虚断”,开始“庖丁解牛”了。

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    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- - Vout)/R2 ……b V- = V+ = 0 ……c I1 = I2 ……d 求解上面的初中代数方程得Vout = (-R2/R1)*Vi 这就是传说中的反向放大器的输入输出关系式了

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    图二中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 = Vout/(R1+R2) ……b Vi等于R2上的分压, 即:Vi = I*R2 ……c 由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2 这就是传说中的同向放大器的公式了。

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    图三中,由虚短知: V- = V+ = 0 ……a 由虚断及基尔霍夫定律知,通过R2与R1的电流之和等于通过R3的电流,故 (V1 – V-)/R1 + (V2 – V-)/R2 = (Vout – V-)/R3 ……b 代入a式,b式变为V1/R1 + V2/R2 = Vout/R3 如果取R1=R2=R3,则上式变为Vout=V1+V2,这就是传说中的反向加法器了。

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    请看图四。因为虚断,运放同向端没有电流流过,则流过R1和R2的电流相等,同理流过R4和R3的电 流也相等。故 (V1 – V+)/R1 = (V+ - V2)/R2 ……a (Vout – V-)/R3 = V-/R4 ……b 由虚短知: V+ = V- ……c 如果R1=R2,R3=R4,则由以上式子可以推导出 V+ = (V1 + V2)/2 V- = Vout/2 故 Vout = V1 + V2 也是一个加法器,呵呵!

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    图五由虚断知,通过R1的电流等于通过R2的电流,同理通过R4的电流等于R3的电流,故有 (V2 – V+)/R1 = V+/R2 ……a (V1 – V-)/R4 = (V- - Vout)/R3 ……b 如果R1=R2, 则V+ = V2/2 ……c 如果R3=R4, 则V- = (Vout + V1)/2 ……d 由虚短知 V+ = V- ……e 所以 Vout=V2-V1 这就是传说中的减法器了。

     

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    图六电路中,由虚短知,反向输入端的电压与同向端相等,由虚断知,通过R1的电流与通过C1的电流相 等。通过R1的电流 i=V1/R1 通过C1的电流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt 所以 Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt 输出电压与输入电压对时间的积分成正比,这就是传说中的积分电路了。若V1为恒定电压U,则上式变换为Vout = -U*t/(R1*C1) t 是时间,则Vout输出电压是一条从0至负电源电压按时间变化的直线。

     

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    图七中由虚断知,通过电容C1和电阻R2的电流是相等的,由虚短知,运放同向端与反向端电压是相等 的。则: Vout = -i * R2 = -(R2*C1)dV1/dt 这是一个微分电路。如果V1是一个突然加入的直流电压,则输出Vout对应一个方向与V1相反的脉冲。

     

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    图八.由虚短知 Vx = V1 ……a Vy = V2 ……b 由虚断知,运放输入端没有电流流过,则R1、R2、R3可视为串联,通过每一个电阻的电流是相同的, 电流I=(Vx-Vy)/R2 ……c 则: Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3) = (Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2 ……d 由虚断知,流过R6与流过R7的电流相等,若R6=R7, 则Vw = Vo2/2 ……e 同理若R4=R5,则Vout – Vu = Vu – Vo1,故Vu = (Vout+Vo1)/2 ……f 由虚短知,Vu = Vw ……g 由efg得 Vout = Vo2 – Vo1 ……h 由dh得 Vout = (Vy –Vx)(R1+R2+R3)/R2 上式中(R1+R2+R3)/R2是定值,此值确定了差值(Vy –Vx)的放大倍数。这个电路就是传说中的差分放大电路了。

     

     

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    分析一个大家接触得较多的电路。很多控制器接受来自各种检测仪表的0~20mA或4~20mA电流, 电路将此电流转换成电压后再送ADC转换成数字信号,图九就是这样一个典型电路。如图4~20mA电流流过采样100Ω电阻R1,在R1上会产生 0.4~2V的电压差。由虚断知,运放输入端没有电流流过,则流过R3和R5的电流相等,流过R2和R4的电流相等。故: (V2-Vy)/R3 = Vy/R5 ……a (V1-Vx)/R2 = (Vx-Vout)/R4 ……b 由虚短知: Vx = Vy ……c 电流从0~20mA变化,则V1 = V2 + (0.4~2) ……d 由cd式代入b式得(V2 + (0.4~2)-Vy)/R2 = (Vy-Vout)/R4 ……e 如果R3=R2,R4=R5,则由e-a得Vout = -(0.4~2)R4/R2 ……f 图九中R4/R2=22k/10k=2.2,则f式Vout = -(0.88~4.4)V,即是说,将4~20mA电流转换成了-0.88 ~ -4.4V电压,此电压可以送ADC去处理。

     

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    电流可以转换成电压,电压也可以转换成电流。图十就是这样一个电路。上图的负反馈没有通过电阻直 接反馈,而是串联了三极管Q1的发射结,大家可不要以为是一个比较器就是了。只要是放大电路,虚短虚断的规律仍然是符合的!
    由虚断知,运放输入端没有电流流过,
    则 (Vi – V1)/R2 = (V1 – V4)/R6 ……a
    同理 (V3 – V2)/R5 = V2/R4 ……b
    由虚短知 V1 = V2 ……c
    如果R2=R6,R4=R5,则由abc式得V3-V4=Vi
    上式说明R7两端的电压和输入电压Vi相等,则通过R7的电流I=Vi/R7,如果负载RL<<100KΩ,则通过Rl和通过R7的电流基本 相同。

     

    来一个复杂的,呵呵!图十一是一个三线制PT100前置放大电路。PT100传感器引出三根材质、线 径、长度完全相同的线,接法如图所示。有2V的电压加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其线电阻组成的桥电路上。Z1、Z2、Z3、 D11、D12、D83及各电容在电路中起滤波和保护作用,静态分析时可不予理会,Z1、Z2、Z3可视为短路,D11、D12、D83及各电容可视为开 路。由电阻分压知, V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11 ……a 由虚短知,U8B第6、7脚 电压和第5脚电压相等 V4=V3 ……b 由虚断知,U8A第2脚没有电流流过,则流过R18和R19上的电流相等。 (V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18 ……c 由虚断知,U8A第3脚没有电流流过, V1=V7 ……d 在桥电路中R15和Z1、PT100及线电阻串联,PT100与线电阻串联分得的电压通过电阻R17加至U8A的第3脚, V7=2*(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0) …..e 由虚短知,U8A第3脚和第2脚电压相等, V1=V2 ……f 由abcdef得, (V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2 化简得 V5=(102.2*V7-100V3)/2.2 即 V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0) – 200/11 ……g 上式输出电压V5是Rx的函数我们再看线电阻的影响。Pt100最下端线电阻上产生的电压降经过中间的线电阻、Z2、R22,加至U8C的第10脚,由虚 断知, V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0) ……a (V6-V10)/R25=V10/R26 ……b 由虚短知, V10=V5 ……c 由式abc得 V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)] ……h 由式gh组成的方程组知,如果测出V5、V6的值,就可算出Rx及R0,知道Rx,查pt100分度表就知道温度的大小了。

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  • 什么情况下运放才能用虚短虚断的概念?运放电路中为什么会出现虚短虚断?如何用”虚短“和”虚断“分析运放电路?本文档给你答案
  • 本文主要讲了运放虚断虚短的条件,下面一起来学习一下
  • 本文主要讲了虚短虚断如何使用,下面 一起来学习一下
  • 为什么会出现虚短虚断、虚地? 答1: 因为输入电阻极大。 问2: 什么时候会出现虚短虚断、虚地? 答2: 看见运放的时候,基本就有了这三个东西,直接用。虚断是无条件使用的。虚短是有两个条件的,1)开环增益A...
  • 通俗易懂的虚短虚断的使用条件?

    万次阅读 多人点赞 2019-01-29 10:26:46
    虚短虚断的使用条件?  虚断的存在是无条件的,因为这是由它的内部结构决定的,输入电阻大,电流进不去。  虚短的存在是有条件的,这个条件是“运放要处于放大状态且开环增益很大”,(因为要确保运放的开环增益很...
  • 本文主要讲了集成运放虚短虚断的含义,希望对你的学习有所帮组。
  • 虚短虚断的概念

    万次阅读 2019-10-22 22:18:14
    虚短虚断的概念  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(1万倍)。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...

空空如也

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虚短虚断