从共地到浮地的简单介绍

在模拟电路中，如果需要仿真电路或者分析电路，经常需要找到地在哪里，即GND，之后才能开始进行分析。

比如一个同相放大电路，正常画法如下图所示。当输入电压为1V时，输出电压为2V。

如果取消GND，则可以画成如下结构：

可以在无参考地的情况下，计算一下节点OUT与节点COMM之间的电压。节点INV与节点NON电压相等（虚短），节点NON与节点IN之间电压相等（虚断），则节点INV与节点COMM之间的电压为1V，流过R3的电流为0.1mA，那么流过R2的电流也为0.1mA，则节点OUT与节点COMM之间的电压为0.1mA*(10kΩ+10kΩ)=2V。

在仿真时，随意添加GND即可，比如可以将运算放大器的负电源输入端设置为GND，进行仿真，仿真结果显示，节点OUT与节点COMM之间的电压仍然为2V。即使将+15V电源的正输出端设置为GND进行仿真，节点OUT与节点COMM之间的电压也还是2V。

将电路真正的连接成环路，则GND的位置在哪里，并不会影响电路的功能。但很多时候，模拟电路为了方便理解，以GND为参考点开始进行设计，这时，GND的位置不同，将会产生不同的结果。

这里以一个常见的偏置结构为例进行说明。下面这个电路都很好理解，是一个互补输出的功率放大电路。三极管的交流等效电路是共集电极放大电路，也就是缓冲器的连接方式，这是一种非常常见的连接方法。

如果这个时候更改一下参考地的位置。如下图所示，转换为共射放大电路，此时放大电路的放大倍非常大，所以输出会变为方波。

将该电路略微复杂化一些，共射极放大电路的放大倍数可以由集电极电阻和发射极电阻之比进行估算，这里添加500欧的发射极电阻，形成一个约2倍放大的共射极放大电路，如下图所示。可以看到放大倍数近似为2倍。在分析交流放大倍数时，15V的电源是短路的，所以R1是与集电极连接的。

误差主要是由交越失真产生的，增加消除交越失真的电路，如下图所示，输出更加接近2倍的输入电压。

这里使用电压源进行偏置，是因为电压源的内阻为零欧，不会改变三极管的基极输入电阻。但是实际电路设计不能进行这种方式进行设置。可以使用基极电阻进行偏置。如下图所示，此时因为基极电阻的影响的，实际放大倍数会减小。

在实际电路中，R1通常是在负载的位置，也即是说负载会影响该电路的放大倍数，这在很多应用中都是不可以接受的，所以设计时需要注意这个问题，需要额外的串入电阻并增加负反馈控制放大倍数。

我们再把这个电路重新绘制成不需要GND的模式，将原来的GND改为COMM，另外连接一个大电阻到GND（此时可以随意选择连接的位置），这样可以进行仿真，可以看到节点OUT与节点COMM之间的电压与之前基本相同。

在模拟电路中，通常有直流等效和交流等效，直流等效用于计算电路的直流偏置参数，即求解静态工作点；而交流的放大倍数，通常使用交流等效电路进行计算。在交流等效电路时，直流电源短路，电压恒定的两个节点短路（或接地），电流恒定的路径开路，则很容易看到电路的本质。

当然，要了解电路的动态特性，则必须使用拉普拉斯变换或者直接列写电路的微分方程求解。模拟电路的地通常非常复杂，但是有些时候，忽略地的概念，把这些参考点连接起来，更容易看到电路的本质。

模拟电路系统通常非常复杂，但是局部电路是可以简化成容易理解的基础电路模块。将局部电路逐个模块化，就得到电路的框图，进而能够理解整个系统。再从系统需求去理解每个模块的设计参数，则更容易学会如何进行电路设计。