如上图所示,所以此差分放大电路放大后的信号将会由Q12的集电极传递给后级的集电极放大电路做进行进一步的放大处理。所以三极管Q12的集电极输出的电流大小是由IN-/IN共同决定的。只要真正理解了差分放大电路,再来看这运放的内部电路图,才能理解虚断的。三极管基本放大电路:如图所示红色虚线内的电路主要作用是将差分放大电路送来的信号进行放大用的,这个电路对信号的放大相当于是做乘法运算的。

1. 为什么说运放的IN 输入可以看成虚断?
1.1 为什么说运放的虚断和虚短必须理解
本人认为只有理解了运放的虚断/虚短这两个概念才能理解运放。
1.2 LM358内部电路——差分放大电路
如上图所示,这是组成运放LM358的内部电路的一部分,至于什么是差分电路之前已经讲了的,这里不再复述。
之所以不用LM358官方的数据手册来讲是因为那个手册里的电路图里的每个器件没有标序号。但是我画的这个图和LM358的数据手册里的差分放大电路部分的电路图是一模一样的。
下面将用这幅图来论述为什么运放的输入可以看成虚断。
1.3 为什么说运放的输入可以看成虚断?
一般情况下运放的放大倍数是很大的(几万~几十万倍)不等,所以一个微弱的小信号运放也是可以将其放大的非常大的,甚至接近运放电源电压,这样的放大倍数是不可控的,很多时候我们都是希望运放的放大倍数是可以受控的,至少要在我们需要的一个放大倍数的范围内。
所以为了使放大倍数可控,都需要引入负反馈,用放大后的模拟量来控制运放的放大倍数,至于是如何控制的,这里将LM358运放的内部电路来做概述,
这里将用上图来论述为什么说运放的输入端可以看成是虚断的。
1.4 上图差分放大电路的工作过程不完全概述
这里之所以要做不完全的概述,是因为做个不完全的概述对于理解运放的虚断已经足够了,而且后面讲虚短的时候还会将这幅电路结合运放的整个电路进行一个概述,所以大家不用担心。
因为之前已经对差分放大电路做过介绍了,所以这里不会对差分放大电路做过多的说明,不熟悉的可以将之前做的笔记找出来看一下,这里只对工作的过程进行概述。
如上图所示因为IN 输入的信号的电流如果越大则三极管Q1的Ice就会越小,Q2也是一模一样的,Q2的Ice就会越小。
如上图所示,所以此差分放大电路放大后的信号将会由Q12的集电极传递给后级的集电极放大电路做进行进一步的放大处理(类似于将信号做乘法)。
又因为如上图所示,三极管Q12放大后的信号的大小并不仅仅取决于IN ,如上图所示Q12的基极是由Q2控制这的,Q2又被Q4控制,而Q4则直接被IN-控制。
所以IN-的输入信号控制着三极管Q12的放大倍数而IN 相当于只是给Q12的集电极提供了输入电流。
所以三极管Q12的集电极输出的电流大小是由IN-/IN 共同决定的。
1.5 得出结论:为什么说运放运放的IN 可以看成虚断
可以看出要想使运放的放大倍数可控,就必须引入负反馈,(具体原理大家有没有觉得很像NPN三极管稳压电路利用三极管的射极输出来稳压(之前有讲过有兴趣可以去看一看)),在上图中负反馈控制着Q12三极管的基极电流,从而直接控制着此电路输出信号的大小,因为运放输出的信号是直接由Q12的集电极输出给后级的放大电路的(后级的放大电路相当于只做乘法运算模式的放大),所以可以等效成IN 的输入信号很小(因为Q12控制着流入后级放大电路的信号的大小),所以说可以等效成运放的信号的输入端的电阻很大很大,所以说可把运放的输入端理解成断开的。
1.6 上面所总结的不足之处
并没有很清晰的概述出运放的虚断为什么叫虚断,如果仍然不能理解,那我认为可能是差分放大电路没有很好的理解所导致的,或者说忽略了上图中Q12三极管的作用,这里我仅仅是想通过运放内部的电路来概述虚断是怎么回事,但是后来我发现,这个问题没有难度,但是很抽象。只要真正理解了差分放大电路,再来看这运放的内部电路图,才能理解虚断的。
1.7 注意事项
这里说运放的输入端电阻可以理解成很大是断开的,千万不可以真的认为在物理层上运放的输入端电阻很大是断开的,从上图可以看出,其实运放的输入端电阻很小的,IN-/IN 都是由PNP三极管输入到运放内部的,而PNP三极管的原因IN-/IN 相当于是输入了PNP三极管的基极在流入地了的,所以说才叫做虚断。
2. 为什么说运放的IN-/IN 两端可以看成虚短?
2.1 LM358内部电路
2.2 运放内部电路的组成
如上图所示,运放内部电路一共由3大部分组成,差分放大电路,三极管基本放大电路,推挽电路
差分放大电路:如上图所示,未在红色和棕色虚线框内的电路是差分放大电路,它的作用前面讲虚断的时候已经讲了,这里不再复述(有了它我们才能控制运放的放大倍数)。
三极管基本放大电路:如图所示红色虚线内的电路主要作用是将差分放大电路送来的信号进行放大用的,这个电路对信号的放大相当于是做乘法运算的。
推挽电路:上图内,棕色虚线内的是推挽电路,但是这个电路的原理是带扩流作用的,它提高了运放的输出能力。
2.3 运放内部电路的整体工作流程
这里分析流程的顺序将会由上图为例子从左往右,总输入到输出的方向分析。
下面我将用流程图来概述运放是怎么达到IN-/IN 的动态平衡的。
如上上图所示,可以看出运放放大信号的过程其实就是在不断调整图中三极管Q12放大倍数过程,其最终的目的还是希望IN- = IN .
2.4 为什么说运放的IN-/IN 两端可以看成虚短?
从上面的流程图可以看出,运放不断调整的过程的,实际上是为了使IN- = IN ,所以运放一直在做动态的调整,从运放的电路图可以看出IN-和IN 在物理层上是没有短路的,从任何地方看都看不出IN 和IN-是短路的,而之所以要理解成IN 和IN-是虚短的是为了方便计算,因为运放本身就是一直在调整想让IN- = IN ,下面将在对运放的虚短进行列举。
2.5 列举一个电压跟随器
如上图所示,这是一个电压跟随器,什么叫电压跟随器?顾名思义就是电压跟随,IN= out,所以,如图所示输入的是3.3v,输出的也是3.3v。
注意看,理想状态下out就是等于3.3v的,才是IN-也是等于3.3v
2.6 列举一个同向放大器
如上图所示,这是一个同相放大器,什么是同相放大器?(其实能看懂运放内部的电路图不管运放的外围电路怎么搭建,怎么组合原理都是不变的都是可以看懂的),就是做电压放大用的,将输入电压放大。
为什么输入是3.3V输出是9.9V?
这里就是上面所说的虚短的原理了,电压跟随器和同相放大器也是一样的。
∵运放是一直在做动态的调整使IN- = IN
∴经过R7和R8分压以后要想是IN-电压等于IN 电压out处就必须等于9.9V。
∴输出out是9.9v(这是运放一直在根据IN-做动态调整的结果)
∴要把IN-看成等于IN 之后再来推导出out输出的
2.7 再说虚短
从上面的两幅电路图的实列可以看出运放是一直在做动态的调整使IN- = IN ,所以说在计算运放的放大倍数的时候要把IN- 看成等于 IN ,来推导出out的输出电压,这就是虚短,只是为了便于大家计算运放的放大倍数而想象出来的一个运放在当前条件下最佳的一个放大状态。所以说要把IN-和IN 看成是虚短。如有不对的地方希望大家提出来,也希望对大家有点帮助,谢谢大家!也希望大家关注我,我是电子爱好者!
