看到「淺談運算放大器，說明虛短路」，或許有人會覺得這個主題有點簡單。但實際上面試時，當我問到「什麼是 OPA 的虛短路？」，許多人會反射性地回答：「正相輸入V(+) 等於反相輸入V(-)」，並強調「兩點實際上並沒有物理連接」。
這個回答乍聽之下是對的，但卻忽略了一個至關重要的前提：運算放大器電路必須先滿足負回授放大器（Negative Feedback Amplifier)的條件，虛短路現象才會成立。
📚 關鍵概念：負回授放大器
舉例來說，我們來看一個常用的電路：緩衝放大器（Buffer Amplifier），或稱作電壓隨耦器（Voltage Follower）。這個電路的關鍵在於：輸出 Vout 與反相輸入V(-) 兩個電氣節點是直接連接在一起的。這種配置就滿足了負回授的條件。
一旦滿足負回授，我們就能從「虛短路」的結論倒推電壓隨耦器的特性：
- 虛短路成立： V(+) = V(-)
- 電路結構： Vin = V(+) 且Vout = V(-)
- 結論： Vout = Vin
這就完美地實現了電壓隨耦器的功能，但結論就是這樣？
💡 我的領悟：虛短路是一種控制行為的結果
雖然知道這個結論，但我工作的第一年，始終覺得自己沒有真正掌握「虛短路」背後的運行機制。
後來，我的理解是：我們應該將整個負回授電路視為一個閉環控制系統。
- 初始假設： 假設輸入電壓 Vin 固定為5V，此時V(+)=5V。
- 系統啟動： 假設一開始輸出 Vout =0V，此時V(-)=Vout=0V，因為V(+)=5V > V(-)=0V，OP-Amp會全速向正電源方向輸出，Vout 會迅速升高。
- 接近平衡： 當 Vout 升高到 5V 時，V(+)=5V 且V(-)=5V。此時輸出暫時停止變動。
- 動態調整： 由於慣性或微小的雜訊，假設 Vout 稍微衝過頭到 5.1V，此時V(+)=5V且V(-)=5.1V。因為V(+)=5V < V(-)=5.1V，OP-Amp會反向全速輸出，Vout 會迅速降低。
V(-) 就是在強大的負回授作用下，被 OP-Amp 的開環增益（Open-Loop Gain）「強迫」去追蹤 V(-) 的電壓。
實際上，Vout 永遠都在跟 Vin 進行比較與調整，只是 OP-Amp 的反應速度極快，導致輸出電壓上的漣波（ripple）極小，使得 Vin 和 Vout 看起來像是完全一致，進而讓 V(+ )和 V(-) 幾乎相等。
🎯 總結：放下名詞，看見本質
因此，我個人認為「虛短路」這個詞彙在初期確實容易誤導人。它並不是一個物理現象，而只是負回授放大器電路的一種理想特性或最終狀態。
真正有趣和值得深究的是這個電路的控制行為：
- 參考點： V(+)
- 回授點： V(-)
- 調節點： Vout
整個過程就是一個精密的控制迴路：
- 回授點V(-)大於參考點V(+) -> 調節點 Vout 變小。
- 回授點V(-) 小於參考點V(+) -> 調節點 Vout 變大。
虛短路是這個控制過程達到穩態平衡時的結果。理解這個動態的「追蹤」和「控制」機制，比死記 V(+) = V(-) 的結論更有意義。
