有一种电子元器件很神奇,电流经过这个元器件能够放大电压十万倍,想必小白已经猜到我说的是什么,没错它就是电路设计常用的运算放大器。
运算放大器 的理论放大倍数是10万倍甚至百万倍,那它如何放大工作呢?如图所示,它的底部是正负极输入端Vp和Vn,另一端是输出端Vo,而运算放大器的放大公式是(Vp-Vn)*10^5=Vo。
举个例子,假设输入端正负极为0.3V、0.2V,那么输出等于(0.3-0.2)*10^5=10000V。当然这是理论倍数,实际上不能放大那么多倍数。
在放大器的中间两端将是电源线,假设电源正极是10V,那么实际电压进入饱和状态,就是10V。有人就会很好奇,由于放大倍数太大,不管正负极相差多少,放大器都能达到饱和状态,那用这个放大器有什么用呢?
别急,这正是虚断和虚短的神奇之处。
如果我们把放大器的输出端和负极输入端相连接起来,假设输出是0.6V,正极输入端是0.5V,经过一轮循环,输出端会下降到0.5V;假设输出是0.4V,经过一轮循环将会上升到0.5V。这样使得输出端无限接近于正极输出端,即Vp=Vo=Vn,这也就是电压跟随器的基础模型,适用于电压波动较大的电路。
如图所示,输出端和输入端相连,难道就不会烧坏放大器吗?运放输入端的阻抗是无穷大的,大到电流几乎流不进去,Vn和Vp的电流看上去是断了,这也是运放的虚断,具有隔离作用,输入和输出互不干扰,避免电路烧毁。
如果运放的输入端Vp和Vn电压相等,也就意味着电路短路,但运放依然能正常运行,这就是运放的虚短,电路看似短路了但没有短路。
很多工程师经常利用运放的虚短和虚断,来设计出很多的电路,如同相放大电路、反相放大电路、加/减法电路、有源高/低通电路等。
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