Para que serve um amplificador operacional cuja saída e entrada inversora estão conectadas ao terra?


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Estou no primeiro ano da faculdade de engenharia e recebi uma tarefa contendo esse circuito, que aciona sensores de pressão em um tubo de pitot:

insira a descrição da imagem aqui

Estou lutando para entender todo o circuito e, mais precisamente, o primeiro amplificador operacional, cuja saída (pino 1) e entrada e (inversão) (pino 2) estão conectadas ao terra.

Qual é o seu uso? Como esse amplificador operacional pode influenciar o circuito geral, se sua saída não é usada?

Respostas:


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O primeiro amplificador operacional está realmente criando o terra do circuito. O 7810 cria 10 volts estáveis, que são então divididos pelo divisor de tensão R2 e R3, filtrados por C3 para criar um nível estável de 5 volts em relação ao nível mais negativo.

O amplificador OP então armazena o buffer e o restante do circuito usa sua saída como terra de referência . Lembre-se de que o aterramento em um circuito como este é apenas uma conveniência, um nó usado quando se refere a outras tensões.


Por que o "solo" precisa ser armazenado em buffer?
Ian Ringrose

Consulte @ resposta do marcador de posição.
Nekomatic

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Embora eu concorde com o @pipe e, de fato, tenha votado positivamente em sua resposta, uma resposta mais sutil é que um terreno é mais do que "apenas" uma referência.

O que quero dizer com isto é um terreno não é apenas uma tensão, mas algo que pode fonte & afundar atual e estadia no mesmo potencial.

O solo criado por esse amplificador operacional pode gerar e reduzir a corrente e permanecer aproximadamente na metade do caminho entre os trilhos da fonte de +12 volts. Se o projeto tivesse usado apenas outro regulador como o 7805, esse dispositivo teria apenas fonte de corrente e, portanto, teria apenas o valor "meia tensão" correto quando a corrente estivesse saindo da saída.

Um pouco mais restritivo que o circuito mostrado.


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Também há algo um pouco desonesto no circuito - o capacitor de 2,2uF está entre duas saídas de amplificador operacional (uma sendo a terra virtual) e não há outros capacitores na terra virtual (a menos que haja algo no DPM). Dependendo do tipo de amplificador operacional, essa é uma fórmula para tipos interessantes de instabilidade. O criador do circuito aparentemente conseguiu pelo menos uma instancia para que funcionasse bem o suficiente, mas é preciso cautela.
Spehro Pefhany

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@SpehroPefhany é uma preocupação válida, mas leve em consideração que todos esses dispositivos estão em um único pacote, fora dos mesmos trilhos, e os sensores de pressão gastam apenas ~ 3 mA; este circuito deve estar de acordo com essas preocupações. Seria mais seguro adicionar algum desvio, com certeza. No entanto, você notou que o limite máximo no último estágio está sendo conduzido diretamente? Yikes
espaço reservado

@SpehroPefhany E não apenas isso: por várias razões, esse circuito é um exemplo claro de mau design.
Massimo Ortolano

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É sobre isso que estou falando. É entre as saídas dos amplificadores I e IV. E @MassimoOrtolano é certo, existem várias outras coisas ruins sobre que de circuitos, o visor tipicamente mudar dezenas de contagens por grau C apenas a partir do desvio op-amp
Spehro Pefhany

Nós referenciamos todos os outros potenciais à terra, então como a terra pode mudar em potencial? A única maneira de mudar o potencial é usar outro fundamento para referenciá-lo também. O designer escolhe o que é terreno e, se ele tivesse escolhido usar um 7805, teria sido um design diferente, bom ou ruim, não importa se foi sua escolha.
Daniel P

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(TL, DR: ver parágrafo 5)

O módulo do medidor requer que a tensão no pino GND esteja entre os pinos de alimentação V + e V-. Ele converte e exibe a tensão entre o pino IN + e o GND.

O 7810 regula a entrada para 10V entre os nós rotulados + 5V e -5V.

R2 e R3 fornecem uma tensão de ponto médio com impedância de Thevenin de 2,5 kOhm (= 10K // 10K) em paralelo com 100nF. Assim, qualquer corrente (CC) extraída ou fornecida a este nó aumentará a tensão em 2,5V por miliampere.

O nó GND carregará correntes dos: medidores VIN +, R9, R11, R15, R16, R13, A2 e C5. Provavelmente, isso somará menos de um miliampere, mas o medidor pode gerar corrente variável ao longo de cada ciclo de medição.

O amplificador 1 atua como um seguidor de tensão para a cadeia R2 R3. Ele atuará para manter sua saída, o nó rotulado como GND, no ponto médio dos nós rotulados + 5V e -5V. Olhando para ele de uma perspectiva diferente, ele atua para puxar o ponto médio de seus suprimentos em direção à sua tensão de saída. Ela terá uma impedância de saída em circuito fechado de alguns ohms, portanto, a corrente consumida no nó GND terá pouco efeito na tensão entre GND e as linhas de + 5V e -5V.

Os amplificadores II-IV são todos configurados como amplificadores diferenciais simples. II e III têm um ganho de 100V / V e Zin de 10K. IV tem um ganho de 20 e Zin de 50K.

Ter C5 conectado diretamente à saída do amplificador IV é um erro. Os OPAs não são especificados para serem estáveis ​​com uma grande carga capacitiva. Provavelmente seria melhor colocá-lo no medidor VIN + e GND, com 10K ou mais entre o limpador de A2 e o VIN +.

O ganho do circuito dependerá diretamente da tensão de saída do 7810. Se o medidor tiver uma entrada de referência externa, seria melhor conectá-lo a uma fração de + 5V, fornecendo uma leitura ratiométrica.

A tensão de compensação de todos os quatro amplificadores contribuirá para o sinal. Os amplificadores precisarão de boas especificações de ruído DC e 1 / f.


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Uma resposta simples e direta à sua pergunta principal é que essa é uma maneira de fornecer as tensões diferenciais necessárias aos amplificadores operacionais (+ e - 5v). Ao flutuar o solo (para + 5v), a única fonte de 10v pode fornecer + & - 5v! Agora você deve entender que a saída do amplificador operacional I está sendo usada . Ele cria um terreno virtual (ou terreno de referência).

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