運(yùn)算放大器 | 如何用虛短虛斷來(lái)排查導(dǎo)致電路異常的原因？

運(yùn)算放大器是模擬電路中十分重要的元件，它能組成放大、加法、減法、轉(zhuǎn)換等各種電路，在電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用十分廣泛。那么，如果電路異常，我們應(yīng)該怎樣排查是否是運(yùn)算放大器損壞的原因呢？那就是運(yùn)用運(yùn)放的“虛短”和“虛斷”來(lái)分析電路，然后結(jié)合一些小技巧就可以判斷了。接下來(lái)，讓我們先了解一下，什么是“虛短”和“虛斷”。

虛短

虛短是指在理想情況下，兩個(gè)輸入端的電位相等，這樣可以將兩個(gè)輸入端看作短接在一起，但事實(shí)上并沒有短接，稱為“虛短”。虛短的必要條件是運(yùn)放引入深度負(fù)反饋。

由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大，一般通用型運(yùn)算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)都在80 dB以上。而運(yùn)放的輸出電壓是有限的，一般在 10 V～14 V。因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1 mV，兩輸入端近似等電位，相當(dāng)于 “短路”。開環(huán)電壓放大倍數(shù)越大，兩輸入端的電位越接近相等。

虛斷

虛斷是指在理想情況下，流入集成運(yùn)算放大器輸入端的電流為零。這是由于理想運(yùn)算放大器的輸入電阻無(wú)限大，就好像運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間開路。但事實(shí)上并沒有開路，稱為“虛斷”。

由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大，一般通用型運(yùn)算放大器的輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1uA，遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流。故通常可把運(yùn)放的兩輸入端視為開路，且輸入電阻越大，兩輸入端越接近開路。

示例分析

如圖1所示，是常見的反相比例運(yùn)算放大電路，下面用虛短和虛斷的方法來(lái)分析電路。
 

圖 1 反向放大器

在反相放大電路中，信號(hào)電壓通過(guò)電阻R1加至運(yùn)放的反相輸入端，輸出電壓Vo通過(guò)反饋電阻Rf反饋到運(yùn)放的反相輸入端，構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路。

運(yùn)放的同相端接地等于0V，反相端和同相端虛短，所以也是0V。反相輸入端輸入電阻很高，虛斷，幾乎沒有電流注入和流出，那么R1和Rf相當(dāng)于是串聯(lián)的，因?yàn)榱鬟^(guò)一個(gè)串聯(lián)電路中的每一只組件的電流是相等的，即流過(guò)R1的電流和流過(guò)Rf的電流相等。

根據(jù)歐姆定律可以得到：

Is= （Vs- V-）/R1 ………a
　　

If= （V- - Vo）/Rf ……b
　　

V- = V+ = 0 ………………c
　　

Is= If ……………………d
　　

求解后可能Vo== （-Rf/R1）*Vi

了解了虛短虛斷的原理后，我們就可以通過(guò)它，在實(shí)際應(yīng)用的運(yùn)放電路中來(lái)判斷器件的好壞了。根據(jù)放大器虛短的原理，如果運(yùn)放線性工作，其同向輸入端和反向輸入端的電壓必然相等，即使有差別也是mv級(jí)。當(dāng)然在某些高輸入阻抗電路中，萬(wàn)用表的內(nèi)阻會(huì)對(duì)電壓測(cè)試有點(diǎn)影響，但一般不會(huì)超過(guò)0.2V，如果有0.5V以上的差別，則放大器必壞無(wú)疑！
       

在很多儀器儀表中，都有集成運(yùn)放作小信號(hào)的放大之用，它較其他集成塊和元件易壞，所以能迅速判斷其好壞可以說(shuō)是修理儀器儀表的一條捷經(jīng)。比較復(fù)雜的儀器儀表中的集成塊很多是直接焊接在印刷線路板上，線路板插在插座內(nèi)，各線路板之間的距離也很小，要想直接測(cè)量電壓很困難。下面提出一些簡(jiǎn)便、實(shí)用的判斷集成運(yùn)放塊的方法。
    

1、通電一段時(shí)間后手摸集成運(yùn)放塊的溫度，如溫度大于50℃應(yīng)懷疑其是否損壞。
    

2、若可能的話，測(cè)其直流電流，應(yīng)在幾毫安以內(nèi)。否則就是損壞。
    

3、集成運(yùn)放有單運(yùn)放和幾個(gè)運(yùn)放組合在一起的，應(yīng)熟悉它的電源及輸入、輸出腳。這也有一定規(guī)律可找及查找有關(guān)的手冊(cè)即可知道。集成運(yùn)放的輸入腳之間電阻應(yīng)比較大(一般大于10 M歐)，測(cè)量值小時(shí)應(yīng)觀察輸入端有無(wú)限值的二極管，否則是損壞無(wú)疑。
    

4、在線測(cè)量輸入電壓應(yīng)比較小。一般0.1 V以下。用手接觸輸入端，電壓應(yīng)會(huì)在輸出端有變化，或用手接觸反饋電阻二端(相當(dāng)于并聯(lián)一個(gè)電阻)，輸出也會(huì)相應(yīng)變化。