[科普中国]-虚拟接地

虚拟接地（英语：Virtual ground），是指电路中保持恒定参考电位的节点，尽管它并未直接连接到“实际接地”（real grounds）参考电位。在有的情况中，参考电位被认为是那个电路的地端，因此上述的这个节点也被称作“虚地”。

简介在运算放大器和其他一些电路中，虚拟接地的概念常被用来帮助人们进行电路分析。如果使用其他方法来分析，常常会遇到困难。

在电路理论中，某个节点可能具有某个特定的电流或者电压值。虚拟接地在电流处理能力以及阻抗方面可能有一些负面作用。1

构建虚拟接地的方法利用两个电阻器，可以构成一个分压器，它可以被用于创建一个虚拟接地节点。如果两个电压源通过两个电阻进行串联，两电阻的阻值与电压满足如下关系，则两个电阻中间点成为一个虚拟接地：

一个有源的虚拟接地电路有时被称作是“分幅器”（rail splitter）。这样的电路通常是使用一个运算放大器或其他类似的具有一定增益的电路元件。由于运算放大器具有非常大的开环增益，因此当使用右图所示的反馈网路之后，其两个输入端之间的电位趋近于零。为了在输出端获得合适的电压，从而使系统在稳定的状态工作，输出端通过反馈网络将输出电压提供给反相输入端，这样就可以让两个输入端之间的电位差非常小，接近几个微伏。由于同相输入端直接接地，尽管反相输入端没有直接接地，它也会呈现与同相输入端十分接近的电位（接地），这就是“虚拟接地”，简称“虚地”。2

应用电压的定义为某一点与参考点之间的电位差。为了在考虑某一点的电压（电位差）时的方便，必须将其参考位置的节点接地。通常，电源两端的电压差为恒定值，其中较低电位的一端可以被用于电路的一个地端，即“实地”。如果没有这样的实地，或者在电路连接上不方便，那么可以利用具有相对于电源终端有恒定电位差的外部电路节点作为“虚拟地”，但是前提是这一点的电位在负载情况变化时必须保持恒定。2

运算放大器运算放大器（英语：Operational Amplifier，简称OP、OPA、op-amp、运放）是一种直流耦合，差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器。在这种配置下，运算放大器能产生一个比输入端电势差大数十万倍的输出电势（对地而言）。因为刚开始主要用于加法，减法等模拟运算电路中，因而得名。

通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正反馈组态，相反地，在很多需要产生震荡信号的系统中，正反馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。

运算放大器有许多的规格参数，例如：低频增益、单位增益频率（unity-gain frequency）、相位边限（phase margin）、功耗、输出摆幅、共模抑制比、电源抑制比、共模输入范围（input common mode range）、转动率（slew rate）、输入偏移电压（input offset voltage，又译：失调电压）及噪声等。

目前运算放大器广泛应用于家电，工业以及科学仪器领域。一般用途的集成电路运算放大器售价不到一人民币，而现在运算放大器的设计已经非常成熟，输出端可以直接短路到系统的接地端而不至于产生短路电流破坏元件本身。2

本词条内容贡献者为:

黄伦先 - 副教授 - 西南大学