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浅析理想运算放大器的开环增益为什么是无限大?

作者:管理员 人气:次 发表时间:2019-08-20 11:27:42

实际的运放开环增益达到10 万以上,非常非常大所以把实际运算放大器理的开环增益想化为无穷大,并由此导出虚地。导出虚地只是针对反相放大器而言吧。运算放大器的开环增益无穷大,可以使得我们在设计电路的时候,闭环增益可以不受开环增益的限制,而仅仅取决于外部元件。就是牺牲大的开环 增益换取闭环增益的稳定性。
导出虚地是针对运放在负反馈接法时不仅仅是反相放大器;正反馈时没有虚地。很好理解假设增益很小,则对于一个输出电压,加在运放两端的电压的差值相对较大,如果接成负反馈状态,就会带来运放两端的电压的不一致,从而引起放大的误差 。
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,好像连在一起一样,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 的6、7 次方甚至更高,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。
“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。