¿Por qué un filtro de paso bajo de clave sallen no funciona con tierra virtual?

Veamos un filtro de paso bajo de Sallen-Key:

Unacosanotará:elfiltronointroduceningunarutadeCCatierraadicional.C2estáconectadoa"tierra", pero como no tiene una ruta de CC, no importa dónde se conecte, siempre que sea un voltaje fijo. También podríamos conectarlo a \ $ V_ {CC} \ $, o cualquier otro riel eléctrico. No importa, excepto los transitorios de encendido.

¿Qué tal un filtro de paso alto?

Aquí,tenemosuncaminoatierraatravésdeR2,peroR2es10kΩ.ElpuntodeunICdetierravirtualesproporcionarunatierravirtualdebajaimpedancia,peroaquínecesitamosunatierrade10kΩ.NonecesitamosunICparaeso,solonecesitamosundivisordevoltajehechodedosresistenciasde20kΩ.Claro,podríausarunICdetierravirtualyseguirloconunaresistenciade10kΩ,pero¿cuáleselpunto?Unparderesistenciasde20kΩesmuchomássimple.

ObservelatopologíadeSallen-Keyengeneral:

En esta topología, hay siempre alguna impedancia (\ $ Z_4 \ $) entre el filtro y el suelo. Dado que el punto de una tierra virtual IC es hacer una tierra de baja impedancia, pero nunca lo necesitaríamos, Sallen-Key "niega el requisito de una tierra virtual". En otras palabras, no es que no puedas usar un IC de campo virtual: es que nunca necesitarías para usar uno.

En realidad, el divisor de resistencia está proporcionando una base virtual. La diferencia es que, a diferencia de otras topologías de filtro que necesitan una conexión a tierra rígida para absorber la corriente a través de la red o resistencias de realimentación, el filtro de paso bajo Sallen-Key solo necesita un alto voltaje de polarización de impedancia (su única carga es la entrada no inversora del opamp, que debería dibujar corriente de polarización despreciable).

En la ganancia unitaria no debería haber problemas en el acoplamiento de CC en las etapas posteriores, pero una ganancia mayor aumentará la tensión de compensación presente. Si las luces ópticas tienen un voltaje de compensación inaceptablemente alto con una ganancia alta, entonces puede ser necesario un acoplamiento de CA. Por supuesto, cualquiera ¡el acoplamiento de CA en realidad convierte el filtro de "paso bajo" en un filtro de paso de banda!

Cada circuito basado en opamp destinado a señales de CA (como los circuitos de filtro) debe tener la capacidad de que su salida pueda oscilar por debajo y por encima del punto de funcionamiento inactivo. Por lo tanto, es lógico que este punto Q esté en el medio entre ambos voltajes de suministro (para el suministro doble: 0 V).

Para la operación de suministro único, este punto Q está a la mitad de la tensión de suministro. Por lo tanto, usamos un divisor de voltaje que produce este sesgo que está conectado a la entrada no inversora. En caso de 100% de realimentación (ganancia unitaria), este voltaje de polarización también aparece en la salida (según se desee). Como consecuencia, la salida ahora puede girar alrededor de este punto de operación inactivo.

Como se mencionó al final del artículo al que se hace referencia, el divisor de voltaje, por supuesto, influye en los circuitos del filtro (constante de tiempo); por lo tanto, puede ser conveniente utilizar un opamp adicional (como se muestra en la última figura) para propósitos de desacoplamiento. Por otro lado, es posible, por supuesto, tener en cuenta este divisor durante el cálculo de los elementos de filtro.

Sin embargo, tenga en cuenta que esto solo funciona para la ganancia de unidad de DC. Por lo tanto, este esquema es aplicable solo para la versión de ganancia de unidad de Sallen-Key. Para otros circuitos (por ejemplo, Sallen-Key con ganancia) debemos discriminar entre realimentación CA y CC (utilizando un condensador en serie).

Comentario (edición): el documento al que se hace referencia también muestra el filtro de Fliege basado en GIC. En este caso, no es necesario un divisor de tensión para producir el punto Q (50% de la tensión de alimentación) porque la no inv. La entrada del opamp inferior no está conectada a la señal de entrada. Sin embargo, es necesario un condensador de acoplamiento grande (no mostrado en la figura).

Cualquier circuito de amplificador operacional (filtro o amplificador) debe tener señales de entrada que estén restringidas dentro de los rieles del (de los) amplificador (es) op. Normalmente esto se logra con un punto medio a 0 V (como en el caso de un amplificador operacional con rieles de alimentación + V y -V) pero, si la amplitud de la señal de entrada es de solo un voltio, no hay razón para que el "punto medio" no debe compensarse con 0V, la única condición es que si el amplificador operacional proporciona ganancia, entonces la salida (que puede ser 10Vp-p, por ejemplo) también está restringida dentro de los rieles de suministro.

En un riel de +/- 15V, que tiene una salida de señal de 10Vp-p, el voltaje de CC "a tierra" podría ser fácilmente 6V por encima de 0V. Hay algunos circuitos que pueden requerir esto y no hay nada de malo en esto conceptualmente: la salida de 10Vp-p en realidad alcanzará un máximo de + 11V y + 1V. Esto es totalmente compatible con la mayoría de los amplificadores operacionales. A los amplificadores operacionales no les importa dónde está el "punto medio".

Los circuitos de amplificador operacional de un solo riel no son diferentes: el "punto medio" interno puede ser de + 6V y desde una sola fuente de + 15V, la salida aún sería de + 11V (pico máximo) y pico máximo de + 1V. Un punto medio más natural sería de 7,5 voltios, pero el amplificador operacional no se preocupa por esto en absoluto, dado que la salida no se acerca demasiado al riel positivo y a 0 V (riel negativo), si es que usa un riel. salida a-carril op-amp.

Por cierto, no existe tal cosa como un amplificador operacional de un solo riel - todos los amplificadores operacionales son capaces de operar con un solo riel.

@Respawned Fluff, ¿dirá que el divisor de voltaje R1-R2 en el circuito del transistor a continuación crea una tierra virtual?

Haymuchafilosofíaenestetema...

Paragenerarunflujodecorrienteentredospuntosdentrodeuncircuito,debemoscrearunadiferenciadepotencial(voltaje)entreellos.Paraestepropósito,mantenemosconstanteelvoltajedeunpunto(tierra),ycambiamoselvoltaje(deentrada)delotropunto.Asíqueelterrenoeselotropunto,noelpuntodeentrada.

"Tierra" hace una asociación con algo estable, sólido, rígido ... que no se "mueve" cuando cambiamos el voltaje de entrada desde el "otro lado" (o la fuente / sumidero de una corriente a / desde el suelo) . Por lo tanto, este punto puede tener cualquier voltaje (para ser una "tierra desplazada") pero obligatorio debe ser lo suficientemente baja resistiva ... solo para llamarlo "tierra".

Entonces, aquí la salida del divisor de voltaje no sirve como conexión a tierra ... produce otro voltaje de entrada (polarización) ... es otra fuente de voltaje de entrada. Por lo tanto, tenemos dos fuentes de voltaje conectadas en paralelo al mismo punto que se esfuerzan por establecer su voltaje.

El uno de ellos (el divisor de voltaje suministrado por Vcc) está conectado permanentemente (sin importar la frecuencia). Es una "fuente de voltaje malo" (que tiene una resistencia de salida significativa) ... o más precisamente, es una "fuente de voltaje empeorada intencionalmente". Por lo tanto, si aún desea verlo como un tipo de campo virtual, puede llamarlo "terreno virtual intencionalmente empeorado".

La otra fuente (de entrada) es perfecta ... pero, a baja frecuencia, está "desconectada" (por el condensador) del punto común ... y no afecta su voltaje que se establece en 1 / 2Vcc por la fuente de tensión imperfecta (el divisor de tensión). A alta frecuencia, el condensador "conecta" la fuente de entrada perfecta en paralelo a la imperfecta ... y fuerza su voltaje en el punto común.

Este es el truco de polarización aquí: a alta frecuencia, para conectar una fuente de voltaje "fuerte" (AC + DC) a una fuente de voltaje "débil" (DC).

Otro punto de vista no convencional es pensar en esta disposición como un verano de voltaje con entradas ponderadas (aplicando el principio de superposición). La entrada desde el lado del divisor de voltaje tiene un peso relativamente bajo pero constante, mientras que la entrada desde el lado de la fuente de entrada tiene un peso variable (grande a alta frecuencia y pequeño a baja frecuencia).