如何理解运放的虚短和虚断

一路上

前言

在模拟电路中，虚短和虚断是两个重要的概念，它们通常与运放电路有关。这两个术语描述了运放电路中的一些重要现象，认识它们对于电子工程师和电路设计师来说至关重要。下面探讨虚短和虚断的含义，以及它们在电子电路中的应用。

一、什么是虚断？

理想运放的输入阻抗是无穷大，真实的运放输入阻抗虽然不是无穷大但也是在兆欧姆或更高的范围内。我们如果给运放的输入端加一个电压然后串一个电流表去测量他的电流就会发现电流读数接近于0，说明没有电流流进运放就好像运放输入的内部是断开的，但是内部实际上是连接的，这种似断非断的现象我们称为虚断。

由于需要虚断是由运放特性造成的，运放在任何电路中都有虚断这种概念。虚断不是真正地断开，而是流过的电流小到可以忽略。

二、什么是虚短？

运放的虚短是指反向输入端和同向输入端电压相等，好像两个输入端连在一起，但事实上并没有短接，称为虚短。 运放在以下两种情况处于虚短状态：

①运放在开环处于线性区的时候

运放的线性区是非常窄的如下图红色部分，也就是输入差模电压很小。运放在线性区我们的输出电压是等于Aod乘以输入差模电压，Aod是运放开环放大倍数，通常Aod非常高，可达几十万倍。假设VCC为10V，VEE为-10V，可以计算出up-un的差模电压在-100uv到100uv，这个电压非常小可以忽略不计，可以认为up=un，同向端和反向端是短路的，这种现象称为虚短。

②工作在深度负反馈状态

运放在深度负反馈状态下出现“虚短”现象的原因主要是由于负反馈的作用。在负反馈中，运放的输出信号的一部分被取出并反馈到输入端。这种反馈作用使得运放的两个输入端（正输入和负输入）的电压差趋近于零，也就是说，两个输入端的电压几乎相等。因为尽管运放的两个输入端在电气上并没有被直接短路（实际上，运放的输入阻抗非常高，可以近似为无穷大），但由于负反馈的作用，两个输入端的电压却几乎相等，就好像它们被短路了一样。

三、虚短和虚断在运放中的应用

在实际运放电路中，我们利用运放的虚短和虚断的特性可以轻松地计算出放大的比例。下面以反向比例放大电路为例讲解如何计算放大比例。

由运放虚断的特性可以得知Un流入运放的电流为0，所以流经R1的电流等于Rf的电流。由虚短特性可以得到Un=Up=0，由基尔霍夫定律和欧姆定律可以推算出：

(Ui-0)/R1=(0-Uo)/Rf

由上面的公式可以得出：

Uo= -(Rf/R1)·Ui

即反向比例放大电路的输出电压是由R1和Rf的比例决定的。