运放的“虚短”、“虚断”和“虚地”

红灯记

⑴虚短：集成运放的线性应用时，可近似地认为uN－uP＝0，uN＝uP时，即反相与同相输入端之间相当于短路，故称虚假短路，简称“虚短”。

⑵虚断：当两个输入端的输入电流为零，即iN－iP＝0时，可认为反相与同相输入端之间相当于断路，称为虚假断路，简称“虚断”。

⑶虚地：在反相输入时，由于同相输入端（经电阻）接地，根据“虚短”概念，反相输入端电位也为零，可认为反相输入端N虚假接地，所以，称反相输入端为“虚地”。

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 ( 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。

条件：在线性范围内
在线性范围内，谈电压用虚短路，谈电流用虚断路。因为，运放正常工作时，＋－两端电压趋于0，流过的电流也趋于0。

运算放大器好坏的判别对相当多的电子维修者有一定的难度，不只文化程度的关系（手下有许多本科生，不教的话肯定不会，教了也要好久才领会，还有个专门跟导师学变频控制的研究生，居然也是如此！），在此与大家共同探讨一下，希望对大家有所帮助。

理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。如果没有负反馈，开环放大下的运放成为一个比较器。如果要判断器件的好坏，先应分清楚器件在电路中是做放大器用还是做比较器用。

从放大器电路图上我们可以看出，不论是何类型的放大器，都有一个反馈电阻Rf，则我们在维修时可从电路上检查这个反馈电阻，用万用表检查输出端和反向输入端之间的阻值，如果大的离谱，如几MΩ以上，则我们大概可以肯定器件是做比较器用，如果此阻值较小0Ω至几十kΩ，则再查查有无电阻接在输出端和反向输入端之间，有的话定是做放大器用。

根据放大器虚短的原理，就是说如果这个运算放大器工作正常的话，其同向输入端和反向输入端电压必然相等，即使有差别也是mv级的，当然在某些高输入阻抗电路中，万用表的内阻会对电压测试有点影响，但一般也不会超过0.2V，如果有0.5V以上的差别，则放大器必坏无疑！（我是用的FLUKE179万用表)

如果器件是做比较器用，则允许同向输入端和反向输入端不等，
同向电压>反向电压，则输出电压接近正的最大值；
同向电压<反向电压，则输出电压接近0V或负的最大值（视乎双电源或单电源）。
如果检测到电压不符合这个规则，则器件必坏无疑！

这样你不必使用代换法，不必拆下电路板上的芯片就可以判断运算放大器的好坏了。

这是运放电路的解题方法：其实有三个，“虚短”，“虚断”还有个虚地

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 10V～14V。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。

"虚地"：输入端一端接地，有虚短可得V+=V-=GND。
转载自 eet-china