元器件应用中的理想集成运放的两个重要特性

理想集成运放有两个重要特性：虚短和虚断。 　　①虚短，即集成运放两输人端的电位相等，u＋＝u-。 　　由于集成运放的输出电压为有限值，而理想集成运放的Auo＝∞，则 　　式中，u+,u-分别为集成运放同相端和反相端的电位。从上式看，集成运放的两个输入端好像是短路，但并不是真正的短路，所以称为虚短。只有集成运放工作于线性状态时，才存在虚短。 　　②虚断，即集成运放两输入端的输人电流为零，i+=i-。 　　由于集成运放的输入电阻为无穷大，因雨流人两个输入端的电流为零，即 　　i+＝i-＝0 　　式中，i+，i-分别为集成运放同相端和反相端的输入电流。从上式看，集成运放的两个输入端 在电子工程领域，集成运算放大器（简称运放）是一种广泛应用的集成电路，它在各种电路设计中扮演着核心角色。理想集成运放具有几个理想化的特性，其中最为关键的两个特性是“虚短”（virtual short）和“虚断”（virtual open circuit），这些特性在分析和设计基于运放的电路时至关重要。 1. 虚短（Virtual Short）： 虚短是指在理想运放中，其同相输入端（+）和反相输入端（-）的电压相等，即u+ = u-。这一特性源于理想运放具有无限大的开环增益（Auo = ∞）。当运放工作在线性区，即不饱和、不失真的状态下，这个增益意味着任何微小的电压差都将被放大到足以驱动输出端产生足够的电压来消除这个差值。因此，尽管两个输入端在物理上并未短接，但从电路分析的角度来看，它们的电压差几乎为零，仿佛它们是通过一根导线短接在一起的，这就是“虚短”的概念。然而，需要注意的是，实际的运放并非理想，因此在非线性操作条件下，如饱和或截止，虚短可能不再成立。 2. 虚断（Virtual Open Circuit）： 虚断是指理想运放的两个输入端对地的输入电流为零，即i+ = i- = 0。这是因为理想运放的输入电阻无穷大，这意味着没有电流能流入或流出输入端。即使在外部电路中存在电压差，由于输入端的极高阻抗，也不会有电流通过，从而使得输入端看起来像是一个断开的开路。这种现象被称为“虚断”。同样，虚断只在运放工作在线性区时有效，因为一旦运放进入饱和或截止状态，输入电阻可能会显著降低，导致输入电流不再为零。 虚短和虚断这两个特性是运放分析的基础，特别是在构建各种类型的比较器、放大器、滤波器和负反馈电路时。利用这些特性，工程师可以简化电路分析，将复杂的多节点问题转化为简单的电压或电流关系。例如，在使用运放构建非反相放大器时，虚短特性可以用来确定输入电压与输出电压之间的关系；而在构建积分器或微分器时，虚断特性则有助于理解输入信号如何影响输出。 在实际应用中，虽然理想运放的特性无法完全实现，但了解这些理想化特性对于理解和设计电路仍然是非常有价值的。通过选用适当的运放型号，合理设置电路参数，可以在一定程度上逼近这些理想特性，从而实现期望的电路功能。因此，掌握虚短和虚断的概念对于电子工程师来说是至关重要的。