虛擬接地

虛擬接地（英語：Virtual ground），是指電路中保持恆定參考電位的節點，儘管它並未直接連線到“實際接地”（real grounds）參考電位。在有的情況中，參考電位被認為是那個電路的地端，因此上述的這個節點也被稱作“虛地”。

基本介紹

• 中文名：虛擬接地
• 外文名：Virtual ground
• 學科：電子工程
• 目的：用於電路分析

簡介

在運算放大器和其他一些電路中，虛擬接地的概念常被用來幫助人們進行電路分析。如果使用其他方法來分析，常常會遇到困難。

在電路理論中，某個節點可能具有某個特定的電流或者電壓值。虛擬接地在電流處理能力以及阻抗方面可能有一些負面作用。

構建虛擬接地的方法

利用兩個電阻器，可以構成一個分壓器，它可以被用於創建一個虛擬接地節點。如果兩個電壓源通過兩個電阻進行串聯，兩電阻的阻值與電壓滿足如下關係，則兩個電阻中間點成為一個虛擬接地：

一個有源的虛擬接地電路有時被稱作是“分幅器”（rail splitter）。這樣的電路通常是使用一個運算放大器或其他類似的具有一定增益的電路元件。由於運算放大器具有非常大的開環增益，因此當使用右圖所示的反饋網路之後，其兩個輸入端之間的電位趨近於零。為了在輸出端獲得合適的電壓，從而使系統在穩定的狀態工作，輸出端通過反饋網路將輸出電壓提供給反相輸入端，這樣就可以讓兩個輸入端之間的電位差非常小，接近幾個微伏。由於同相輸入端直接接地，儘管反相輸入端沒有直接接地，它也會呈現與同相輸入端十分接近的電位（接地），這就是“虛擬接地”，簡稱“虛地”。

套用

電壓的定義為某一點與參考點之間的電位差。為了在考慮某一點的電壓（電位差）時的方便，必須將其參考位置的節點接地。通常，電源兩端的電壓差為恆定值，其中較低電位的一端可以被用於電路的一個地端，即“實地”。如果沒有這樣的實地，或者在電路連線上不方便，那么可以利用具有相對於電源終端有恆定電位差的外部電路節點作為“虛擬地”，但是前提是這一點的電位在負載情況變化時必須保持恆定。

運算放大器

運算放大器（英語：Operational Amplifier，簡稱OP、OPA、op-amp、運放）是一種直流耦合，差模（差動模式）輸入、通常為單端輸出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）電壓放大器。在這種配置下，運算放大器能產生一個比輸入端電勢差大數十萬倍的輸出電勢（對地而言）。因為剛開始主要用於加法，減法等模擬運算電路中，因而得名。

通常使用運算放大器時，會將其輸出端與其反相輸入端（inverting input node）連線，形成一負反饋組態。原因是運算放大器的電壓增益非常大，範圍從數百至數萬倍不等，使用負反饋方可保證電路的穩定運作。但是這並不代表運算放大器不能連線成正反饋組態，相反地，在很多需要產生震盪信號的系統中，正反饋組態的運算放大器是很常見的組成元件。

運算放大器有許多的規格參數，例如：低頻增益、單位增益頻率（unity-gain frequency）、相位邊限（phase margin）、功耗、輸出擺幅、共模抑制比、電源抑制比、共模輸入範圍（input common mode range）、轉動率（slew rate）、輸入偏移電壓（input offset voltage，又譯：失調電壓）及噪聲等。

目前運算放大器廣泛套用於家電，工業以及科學儀器領域。一般用途的積體電路運算放大器售價不到一人民幣，而現在運算放大器的設計已經非常成熟，輸出端可以直接短路到系統的接地端而不至於產生短路電流破壞元件本身。