El uso de un búfer seguidor de voltaje es la forma preferida de generar la tierra virtual para un amplificador operacional.
Si busca en Google 'virtual ground', encontrará un todo (con excusa el juego de palabras) slew de información sobre esto.
No tiene nada que ver con el Arduino, y si bien es cierto que el Arduino no estaría particularmente satisfecho con un voltaje negativo en cualquiera de sus pines, esto no podría ocurrir con o sin el voltaje de '1/2 VCC' .
¿De dónde crees que vendrá este voltaje negativo? El amplificador operacional tiene 3.3V y tierra en sus pines de alimentación. Eso significa que, en el mejor de los casos, puede oscilar no más de 3.3 V y no más bajo que el suelo (y, por lo general, es simplemente "muy cerca" de los rieles de potencia, en lugar de alcanzarlos). Entonces, a menos que esté creando un voltaje que esté por debajo del potencial de tierra del Arduino de alguna manera (como una bomba de carga, etc.), entonces no hay ningún potencial de voltaje negativo al que pueda estar expuesto.
No, la razón para el voltaje de referencia de 1/2 Vcc es crear una 'tierra virtual' para el amplificador operacional. Solo por un momento, simule que la tierra ya no está a tierra, y que la tensión de 1/2 VCC está a tierra. Tenga en cuenta que esto no cambia nada, porque todas estas son solo etiquetas arbitrarias y los voltajes son solo valores arbitrarios que son relativos a un potencial arbitrario que hemos elegido como base.
Entonces, brevemente, vamos a elegir un potencial diferente como terreno: nuestro potencial de 1/2 VCC.
Además, voy a pretender que nuestro VCC original es 3V, en lugar de 3.3V, solo para números más simples.
Ahora, el opamp ya no funciona con 3V referenciados a nuestro antiguo terreno. ¡Nuestro nuevo 'terreno virtual', con el que describimos todos los potenciales de sobretensión en referencia a, ha cambiado las cosas! Ahora nuestro amplificador operacional funciona con un riel de energía positivo y negativo, 1.5V y -1.5V. Su salida puede desplazarse por encima y por debajo del suelo, y es algo bueno: nuestra señal de entrada, que es una de audio de CA, también oscila por encima y por debajo del suelo.
Mientras tanto, nuestro Arduino también funciona con 1.5V y -1.5V. Y, de hecho, no hay problema con que su pin ADC tome un voltaje negativo, siempre y cuando se mantenga por encima del pin de tierra del Arduino (que está a -1.5V) y por debajo de su pin de potencia (1.5V).
Ahora, recuerda que este es el mismo circuito. Nada ha cambiado, excepto lo que decidimos llamar ciertas cosas.
El voltaje de 1/2 VCC es realmente una tierra ficticia, una tierra virtual, y al hacer referencia a nuestra señal de entrada con respecto a esta tierra, le permite oscilar por encima y por debajo de dicha tierra al igual que una señal de audio de CA necesita, sin pasar realmente por debajo de nuestro verdadero terreno (sin saberlo, la señal no se ve afectada).
O, dicho de otra manera, que 1/2 VCC está allí para desviar / cambiar la señal de ENTRADA. Básicamente, estás tomando algo que, por ejemplo, oscila entre 0.5V y -0.5V, y simplemente lo desplaza hacia arriba en 1 / 2VCC. Así que ahora está pasando de 2V a 1V.
De todos modos, este terreno virtual no necesita pasar mucha corriente, pero seguirá pasando un poco y no será simétrico en todo momento (la misma corriente regresará a GND vs VCC). Por lo tanto, un divisor de resistencia tendrá algún error debido a esto, un error que variará dependiendo de lo que esté sucediendo, lo que dificulta su corrección.
Entonces, en lugar de hacer eso, usamos un búfer. El búfer del amplificador operacional es solo un seguidor de voltaje, lo que permite que el divisor de voltaje solo necesite controlar la entrada de impedancia muy alta del amplificador operacional, por lo que casi no verá carga. De esa manera, la tensión del divisor mostrará un error mucho menor, al tiempo que permitirá que muchos miliamperios se obtengan o se hundan (o incluso amperios para algunas partes de alta potencia de búfer / op) sin cambiar la tensión de referencia. Es importante recordar que dichos terrenos virtuales necesitarán tanto sumidero como fuente de corriente, por lo que la mayoría de los reguladores de voltaje, ya sean lineales o de conmutación, no podrán generar un terreno virtual. Pueden generar corriente, o pueden hundirla, pero no ambas. Es por esto que tanto el 7805 como el 7905 (reguladores de 5V y -5V) existen. Uno puede fuente, el otro puede hundirse. Un seguidor de voltaje de amplificador operacional puede hundir Y fuente, lo que lo hace ideal para esta aplicación.
No NECESITA usar un divisor de voltaje, puede usar un diodo zener o un IC de referencia de voltaje, pero solo un divisor de resistencia "rastreará" el voltaje de entrada a medida que varía, y se comportará ratiométricamente. Pero, si estás usando un búfer de amplificador operacional, ya no lo veo como 'usar un divisor de voltaje'. Solo está usando uno para crear un voltaje de referencia, pero no es responsable de generar realmente su tierra virtual. Simplemente está diciendo a la cosa que lo está generando, el amplificador operacional, dónde mantener el terreno virtual en relación con VCC.
