虚地究竟是什么？

运算放大器（运放）电路通常借助虚地进行分析，而虚地在其他拓扑结构中同样存在典型应用场景，差分滤波器分析便是其中一例。本文将对此展开论证，并阐明虚地并非仅仅适用于运放电路。

图1所示的共模/差模(CM-DM)电磁干扰(EMI)滤波器电路展示了虚地模型的应用。该电路采用单个差模电容实现，现将其拆分为两个串联电容，并在中间设置一个虚地点，从而对更精简的单端电路进行分析。

图1. 平衡式CM-DM EMI滤波器（着重显示虚地点）

01对虚地的误读

虚地概念通常在介绍运放电路时讲授。事实上，这一概念在实践中被反复使用和探讨，其本质含义反而常常被模糊或遗忘。

倘若不了解虚电位模型（包括虚地）的更多应用，工程师可能会认为：虚电位点仅存在于采用负反馈的运放电路的其中一个输入节点。然而，事实并非如此，本文后续将通过对CM-DM EMI滤波器进行半电路分析来加以详述。

图2所示电路是介绍虚地概念时常用的典型示例。遗憾的是，理想负反馈运放电路的反相节点常被直接标注为虚地。而事实是：理想负反馈运放电路的反相节点具有虚拟的固定电位，在本例中为地电位。这个点并非虚地本身，而是一个具有虚地电位的节点。

图2. 理想运放电路（着重显示虚地点）

根据理想运放模型，由于引入负反馈且开环增益无穷大，运放输入端满足V+ = V–。当同相输入端接地时，通过虚短特性，运放反相输入端的电位等于0V（地电位）。

图3展示了一个理想电平偏移运放电路示例。在该电路中，理想负反馈运放的反相节点具有VDC的虚电位。与前一示例类似，此时反相节点同样存在一个虚电位。这种设计方法常用于需要双极性信号范围（如±2.5V）的单电源系统，或用作缓冲电压源。

图3. 理想电平偏移反相运放电路

02虚电位与虚短模型

图4给出了一种虚电位模型。由于阻抗接近无穷大，仅有极小电流能够流过模型电阻(R1)。因此，R1两端基本不存在压降。于是，R1两端形成虚短，且虚电位输出端电位等于 VVP。

图4. 理想虚电位模型

03无穷大是否过于理想化？

工程师与设计人员面对的往往是实际工况：阻抗无穷大，本质上就是开路。这看似与本文提出的虚电位模型相矛盾，但可以用一个阻值极大的电阻来说明其中的原理。

事实上，电路理论研究者和教师悄悄简化了概念，而我们当时并未察觉。作为学生，我们或许太过单纯，未能意识到理想运放输入端具有无穷大阻抗究竟意味着什么：“放大器的输入端是开路？”我们就这样接受了这一设定，并满足于在负反馈结构中，运放输入端存在虚短这一结论。或许换个更直观、更好理解的角度来看：在负反馈电路中，运放的一个输入端会镜像另一个输入端的电位（实际电路中会存在一定失调）。

本文给出的理想虚电位模型有助于理解虚短与虚电位的本质，而这个模型也可经过修改用于电路仿真。使用高阻值电阻即可近似实现虚电位。通常，瓶颈在于仿真器的收敛性，这可通过选择电阻阻值和/或调整仿真节点容差（例如RELTOL等）来解决。图5给出了一个包含虚电位的电路在LTspice®直流仿真中的示例。