Amplificadores operacionales y tierra virtual

El término "tierra virtual" es un reflejo del hecho de que si una de las entradas de un amplificador operacional, por ejemplo, \ $ V _- \ $ está conectada a la línea de cero voltios (tierra), entonces si el amplificador operacional está para en la región sin saturación, la diferencia de potencial entre las dos entradas será mucho menor que la tensión de alimentación.
Por lo tanto, el voltaje de la otra entrada \ $ V _ + \ $ será muy cercano a cero voltios, virtualmente a un potencial de tierra.

Digamos que un amplificador operacional tiene una ganancia de bucle abierto \ $ A = 10 ^ 5 \ $ y la tensión de alimentación es \ $ \ pm 10 \, \ rm V \ $ entonces la característica de entrada-salida del amplificador operacional podría mira algo como esto.

A partir de esa característica, verá que siempre que restrinja la diferencia potencial entre \ $ V _ + \ $ y \ $ V _- \ $ a menos que aproximadamente \ $ \ pm 10 ^ {- 4} \, \ rm V \ $ el voltaje de salida será proporcional a la diferencia de potencial entre las dos entradas.

\ $ V _ {\ rm out} = 10 ^ 5 (V_ + - V _-) \ $

Si quisiera, podría tener una diferencia de potencial mucho mayor en las dos entradas, pero el potencial de salida del amplificador operacional sería $ \ pm10 \, \ rm V $ y esa tensión de salida no cambiaría si los voltajes de entrada fueran cambiado a menos que la diferencia potencial entre las dos entradas se reduzca a menos de \ $ 10 ^ {- 4} \, \ rm V \ $.

En mi ejemplo \ $ V_- = 0 \, \ rm V \ $ (tierra), entonces \ $ V _ + \ $ no puede diferir en potencial en más de \ $ 10 ^ {- 4} \, \ rm V \ $ es decir, es virtualmente en el potencial de la tierra.

Observará que a medida que aumenta la ganancia de bucle abierto de un amplificador operacional, la aproximación de que las dos entradas están al mismo potencial mejora y mejora.

  

Ahora, esto es confuso porque no están las entradas bajo nuestro control? ¿Qué pasaría si le diera una entrada positiva muy grande y una entrada negativa muy grande al amplificador operacional?

Si ambas entradas al amplificador están, como usted dice, bajo su control, entonces no tiene una retroalimentación negativa y no tiene una base virtual.

La "receta" para lograr un terreno virtual es una alta ganancia en bucle abierto y retroalimentación negativa.

Un "campo virtual" es una característica de un amplificador operacional en una configuración inversa. Da como resultado un voltaje de modo común (casi) cero en las entradas (imágenes de Wikipedia ):

Laconfiguracióntípicadenoinversióntieneunvoltajediferencialmuypequeñoyunvoltajedemodocomún(potencialmente)muchomayorenlasentradas.

El voltaje de modo común cambiando (con señal de entrada) puede hacer que la distorsión del amplificador operacional sea mucho mayor cuando se usa en la configuración no inversora (especialmente en ganancias bajas donde el cambio relativo en el voltaje de modo común es grande), por lo que la inversión con tierra virtual se prefiere (por ejemplo) en aplicaciones de audio de alto rendimiento. Hay algunas cosas que no puede hacer (tiene una impedancia de entrada muy alta, por ejemplo), por lo que hay muchos casos en los que usamos una configuración que no invierte.

Tenga en cuenta que una referencia fija que no está conectada a tierra puede ser igual de buena (por ejemplo, de una referencia de intervalo de banda de 2.500V).

Un opamp es un amplificador diferencial con una ganancia infinita. Esto significa que la tensión entre las entradas se amplificará infinitamente. En la práctica, esto simplemente significa que el opamp aplicará cualquier ganancia necesaria para mantener el viltage entre las entradas muy cerca de cero.

En el circuito de tierra virtual o un divisor de riel, necesitamos que el punto entre dos resistencias esté en el potencial de tierra. Sin embargo, no podemos simplemente conectar a tierra este punto, ya que esto también conectaría a tierra la salida. Entonces, en lugar de eso, utilizamos un opamp que vigila activamente el potencial en este punto y, si cambia ligeramente de la misma forma que el suelo, ajusta la salida solo lo suficiente para compensar. En otras palabras, el opamp permite "aterrizar" prácticamente este punto sin que la corriente se filtre hacia el suelo.

Para responder a su pregunta, si aplicamos un gran potencial positivo y un gran potencial negativo a las entradas de opamp, el opamp se abrirá completamente y pondrá toda su fuente de alimentación a la salida. Esto significa que el opamp estaría fuera de su rango de trabajo, creando efectivamente un corto en el circuito. Así que sí, está bajo nuestro control forzar a que opamp esté fuera del rango, pero no hay una razón práctica para hacer esto, porque la opamp no estaría haciendo nada útil de esta manera.