遍觀所有模擬電子技朮的書籍和課程，在介紹運算放大器電路的時候，無非是先給電路來個定性，比如這是一個同向放大器，然后去推導它的輸出與輸入的關系，然后得出Vo=(1+Rf)Vi，那是一個反向放?大器，然后得出Vo=-Rf*Vi……最后學生往往得出這樣一個印象：記住公式就可以了!如果我們將電路稍稍變換一下，他們就找不著北了!偶曾經面試過至?少100個以上的大專以上學歷的電子專業應聘者，結果能將我給出的運算放大器電路分析得一點不錯的沒有超過10個人!其它專業畢業的更是可想而知了。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/201603/287846.htm

　　今天，芯片級維修教各位戰無不勝的兩招，這兩招在所有運放電路的教材里都寫得明白，就是“虛短”和“虛斷”，不過要把它運用得出神入化，就要有較深厚的功底了。

　　虛短和虛斷的概念

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

　　“虛短”是指在分析運算放大器處于線性狀態時，可把兩輸入端視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短。顯然不能將兩輸入端真正短路。

　　由于運放的差模輸入電阻很大，一般通用型運算放大器的?輸入電阻都在1MΩ以上。因此流入運放輸入端的電流往往不足1uA，遠小于輸入端外電路的電流。故?通常可把運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。“虛斷”是指在分析運放處于線性狀態時，可以把兩輸入端視為等效開路，這一特性稱?為虛假開路，簡稱虛斷。顯然不能將兩輸入端真正斷路。

　　在分析運放電路工作原理時，首先請各位暫時忘掉什么同向放大、反向放大，什么加法器、減法器，什么差動輸入……暫時忘掉那些輸入輸出關系的公式……這些東東只會干擾你，讓你更糊涂﹔也請各位暫時不要理會輸入偏置電流、共模抑制比、失調電壓等電路參數，這是設計者要考慮的事情。我們理解的就是理想放大器(其實在維修中和大多數設計過程中，把實際放大器當做理想放大器來分析也不會有問題)。

　　好了，讓我們抓過兩把“板斧”------“虛短”和“虛斷”，開始“庖丁解牛”了。

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　　圖一運放的同向端接地=0V，反向端和同向端虛短，所以也是0V，反向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R2相當于是串聯?的，流過一個串聯電路中的每一只組件的電流是相同的，即流過R1的電流和流過R2的電流是相同的。流過R1的電流I1?=?(Vi?-?V-)/R1?……a?流過R2的電流I2?=?(V-?-?Vout)/R2?……b?V-?=?V+?=?0?……c?I1?=?I2?……d?求解上面的初中代數方程得Vout?=?(-R2/R1)*Vi?這就是傳說中的反向放大器的輸入輸出關系式了。

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　　圖二中Vi與V-虛短，則?Vi?=?V-?……a?因為虛斷，反向輸入端沒有電流輸入輸出，通過R1和R2?的電流相等，設此電流為I，由歐姆定律得：?I?=?Vout/(R1+R2)?……b?Vi等于R2上的分壓，?即：Vi?=?I*R2?……c?由abc式得Vout=Vi*(R1+R2)/R2這就是傳說中的同向放大器的公式了。

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　　圖三中，由虛短知：?V-?=?V+?=?0?……a?由虛斷及基爾霍夫定律知，通過R2與R1的電流之和等于通過R3的電流，故?(V1?–?V-)/R1?+?(V2?–?V-)/R2?=?(Vout?–?V-)/R3?……b?代入a式，b式變為V1/R1?+?V2/R2=?Vout/R3?如果取R1=R2=R3，則上式變為Vout=V1+V2，這就是傳說中的加法器了。

　　(編輯者注)質疑：(V1?–?V-)/R1?+?(V2?–?V-)/R2?=(V-?–?Vout)/R3?……b?圖三公式中少了個負號?

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　　請看圖四。因為虛斷，運放同向端沒有電流流過，則流過R1和R2的電流相等，同理流過R4和R3的電流也相等。故?(V1?–?V+)/R1?=?(V+?-?V2)/R2?……a?(Vout?–?V-)/R3?=?V-/R4?……b?由虛短知：?V+?=?V-?……c?如果R1=R2，R3=R4，則由以上式子可以推導出?V+?=?(V1?+?V2)/2?V-?=Vout/2?故?Vout?=?V1?+?V2?也是一個加法器，呵呵!

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　　圖五由虛斷知，通過R1的電流等于通過R2的電流，同理通過R4的電流等于R3的電流，故有?(V2–?V+)/R1?=?V+/R2?……a?(V1?–?V-)/R4?=?(V-?-?Vout)/R3?……b?如果R1=R2，?則V+?=?V2/2?……c?如果R3=R4，?則V-?=?(Vout?+?V1)/2?……d?由虛短知?V+?=?V-?……e?所以?Vout=V2-V1?這就是傳說中的減法器了。

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　　圖六電路中，由虛短知，反向輸入端的電壓與同向端相等，由虛斷知，通過R1的電流與通過C1的電流相等。通過R1的電流i=V1/R1?通過C1的電流i=C*dUc/dt=-C*dVout/dt所以?Vout=((-1/(R1*C1))∫V1dt?輸出電壓與輸入電壓對時間的積分成正比,這就是傳說中的積分電路了。若V1為恒定電壓U，則上式變換為Vout?=?-U*t/(R1*C1)?t?是時間，則Vout輸出電壓是一條從0至負電源電壓按時間變化的直線。

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　　圖七中由虛斷知，通過電容C1和電阻R2的電流是相等的，由虛短知，運放同向端與反向端電壓是相等的。則：?Vout?=?-i?*?R2?=?-(R2*C1)dV1/dt?這是一個微分電路。如果V1是一個突然加入的直流電壓，則輸出Vout對應一個方向與V1相反的脈沖。

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　　圖八.由虛短知?Vx?=?V1?……a?Vy?=?V2?……b由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則R1、R2、R3可視為串聯，通過每一個電阻的?電流是相同的，?電流I=(Vx-Vy)/R2?……c?則：?Vo1-Vo2=I*(R1+R2+R3)?=?(Vx-Vy)(R1+R2+R3)/R2?……d?由虛斷知，流過R6與流過R7的電流相等,若R6=R7，?則Vw?=?Vo2/2?……e?同理若R4=R5，則Vout?–?Vu?=?Vu?–?Vo1，故Vu?=?(Vout+Vo1)/2?……f?由虛短知，Vu?=?Vw?……g?由efg得?Vout?=?Vo2?–?Vo1?……h?由dh得?Vout?=?(Vy?–Vx)(R1+R2+R3)/R2?上式中(R1+R2+R3)/R2是定值，此值確定了差值(Vy?–Vx)的放大倍數。這個電路就是傳說中的差分放大電路了。

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　　分析一個大家接觸得較多的電路。很多控制器接受來自各種檢測儀表的0~20mA或4~20mA電流，電路將此電流轉換成電壓后再送ADC轉換成數字信號，圖九就是這樣一個典型電路。如圖4~20mA電流流?過采樣100Ω電阻R1，在R1上會產生0.4~2V的電壓差。由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，則流過R3和R5的電流相等，流過R2和R4的電流相?等。故：?(V2-Vy)/R3?=?Vy/R5?……a?(V1-Vx)/R2=?(Vx-Vout)/R4?……b?由虛短知：?Vx?=?Vy?……c?電流從0~20mA變化，則V1?=?V2?+?(0.4~2)?……d?由cd式代入b式得(V2?+(0.4~2)-Vy)/R2?=?(Vy-Vout)/R4?……e?如果R3=R2，R4=R5，則由e-a得Vout?=-(0.4~2)R4/R2?……f?圖九中R4/R2=22k/10k=2.2，則f式Vout?=?-(0.88~4.4)V，即是說，將4~20mA電流轉換成了-0.88?~?-4.4V電壓，此電壓可以送ADC去處理。

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　　電流可以轉換成電壓，電壓也可以轉換成電流。圖十就是這樣一個電路。上圖的負反饋沒有通過電阻直接反饋，而是串聯了三極管Q1的發射結，大家可不要以為是一個比較器就是了。只要是放大電路，虛短虛斷的規律仍然是符合的!

　　由虛斷知，運放輸入端沒有電流流過，

　　則?(Vi?–?V1)/R2?=?(V1?–?V4)/R6?……a

　　同理?(V3?–?V2)/R5?=?V2/R4?……b

　　由虛短知?V1?=?V2?……c

　　如果R2=R6，R4=R5，則由abc式得V3-V4=Vi

　　上式說明R7兩端的電壓和輸入電壓Vi相等，則通過R7的電流I=Vi/R7，如果負載RL<<100KΩ，則通過Rl和通過R7的電流基本相同。

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　　來一個復雜的，呵呵!圖十一是一個三線制PT100前置放大電路。PT100傳感器引出三根材質、線徑、長度完全相同的線，接法如圖所示。有2V的電壓加在由R14、R20、R15、Z1、PT100及其線電阻組成的橋電路上。Z1、Z2、Z3、D11、D12、D83及各電容在電路中起濾波和保護作用，靜態分析時可不予理會，Z1、Z2、Z3可視為短路，D11、D12、D83及各電容可視為開路。由電阻分壓知，?V3=2*R20/(R14+20)=200/1100=2/11?……a?由虛短知，U8B第6、7腳?電壓和第5腳電壓相等?V4=V3?……b?由虛斷知，U8A第2腳沒有電流流?過，則流過R18和R19上的電流相等。(V2-V4)/R19=(V5-V2)/R18?……c?由虛斷知，U8A第3腳沒有電流流過，?V1=V7?……d?在橋電路中R15和Z1、PT100及線電阻串聯，PT100與線電阻串聯分得的電壓通過電阻R17加至U8A的第3腳，V7=2*?(Rx+2R0)/(R15+Rx+2R0)?…..e?由虛短知，U8A第3腳和第2腳電壓相等，?V1=V2……f?由abcdef得，(V5-V7)/100=(V7-V3)/2.2?化簡得?V5=(102.2*V7-100V3)/2.2?即?V5=204.4(Rx+2R0)/(1000+Rx+2R0)?–?200/11?……g?上式輸出電壓V5是Rx的函數我們再看線電阻的?影響。Pt100最下端線電阻上產生的電壓降經過中間的線電阻、Z2、R22，加至U8C的第10腳，由虛斷知，?V5=V8=V9=2*R0/(R15+Rx+2R0)?……a(V6-V10)/R25=V10/R26?……b?由虛短知，?V10=V5?……c?由式abc得V6=(102.2/2.2)V5=204.4R0/[2.2(1000+Rx+2R0)]?……h?由式gh組成的方程組知，如果測出V5、V6的值，就可算出Rx及R0，知道Rx，查pt100分度表就知道溫度的大小了。

文章來源：電子產品世界