Введение
В электронике виртуальная земля (или виртуальный потенциал земли) — это узел цепи, поддерживаемый на стабильном опорном потенциале, без непосредственного подключения к этому потенциалу. В некоторых случаях опорный потенциал принимается за потенциал поверхности Земли, и такой опорный узел называется "землей". Концепция виртуальной земли облегчает анализ цепей, особенно в операционных усилителях и других схемах, и позволяет реализовать полезные практические эффекты, которые было бы трудно достичь иным способом. В теории цепей узел может иметь любое значение тока или напряжения, однако физические реализации виртуальной земли имеют ограничения по токопропускной способности и ненулевое выходное сопротивление, что может приводить к нежелательным практическим последствиям.
Строительство
Разделитель напряжения, использующий два резистора, может быть использован для создания виртуальной точки заземления. Если два источника напряжения соединены последовательно с двумя резисторами, можно показать, что средняя точка становится виртуальной землей, если…
An active virtual ground circuit is sometimes called a rail splitter. Such a circuit uses an op amp or some other circuit element that has gain. Since an operational amplifier has very high open loop gain, the potential difference between its inputs tend to zero when a feedback network is implemented. This means that the output supplies the inverting input (via the feedback network) with enough voltage to reduce the potential difference between the inputs to microvolts. More precisely, it can be shown that the output voltage of the amplifier in the figure is approximately equal to
Thus, as far as the amplifier is working in its linear region (output not saturated, frequencies inside the range of the opamp), the voltage at the inverting input terminal remains constant with respect to the real ground, and independent from the loads to which the output may be connected. This property is characterized a "virtual ground".
Активная схема виртуального заземления иногда называется разделителем напряжения питания (или рельсовым разделителем). Такая схема использует операционный усилитель или другой элемент схемы, обладающий усилением. Поскольку операционный усилитель имеет очень высокое усиление в разомкнутом контуре, разность потенциалов между его входами стремится к нулю при реализации цепи обратной связи. Это означает, что выход обеспечивает инвертирующий вход (через цепь обратной связи) достаточным напряжением для уменьшения разности потенциалов между входами до микровольт. Более точно можно показать, что выходное напряжение усилителя на рисунке приблизительно равно…
An active virtual ground circuit is sometimes called a rail splitter. Such a circuit uses an op amp or some other circuit element that has gain. Since an operational amplifier has very high open loop gain, the potential difference between its inputs tend to zero when a feedback network is implemented. This means that the output supplies the inverting input (via the feedback network) with enough voltage to reduce the potential difference between the inputs to microvolts. More precisely, it can be shown that the output voltage of the amplifier in the figure is approximately equal to
Thus, as far as the amplifier is working in its linear region (output not saturated, frequencies inside the range of the opamp), the voltage at the inverting input terminal remains constant with respect to the real ground, and independent from the loads to which the output may be connected. This property is characterized a "virtual ground".
Таким образом, пока усилитель работает в своей линейной области (выход не в насыщении, частоты находятся в диапазоне операционного усилителя), напряжение на инвертирующем входе остается постоянным относительно реальной земли и не зависит от нагрузок, подключенных к выходу. Это свойство характеризуется как "виртуальная земля".
An active virtual ground circuit is sometimes called a rail splitter. Such a circuit uses an op amp or some other circuit element that has gain. Since an operational amplifier has very high open loop gain, the potential difference between its inputs tend to zero when a feedback network is implemented. This means that the output supplies the inverting input (via the feedback network) with enough voltage to reduce the potential difference between the inputs to microvolts. More precisely, it can be shown that the output voltage of the amplifier in the figure is approximately equal to
Thus, as far as the amplifier is working in its linear region (output not saturated, frequencies inside the range of the opamp), the voltage at the inverting input terminal remains constant with respect to the real ground, and independent from the loads to which the output may be connected. This property is characterized a "virtual ground".
Приложения
Напряжение — это дифференциальная величина, возникающая между двумя точками. Для работы только с напряжением (электрическим потенциалом) одной точки, вторая точка должна быть соединена с точкой отсчета (землей). Обычно в качестве стабильной земли используются выводы источника питания; если доступны внутренние точки составных источников питания, они также могут служить реальной землей. Если доступ к внутренним точкам источника отсутствует, в качестве искусственной виртуальной земли могут использоваться внешние точки схемы, имеющие стабильное напряжение относительно выводов источника. Такая точка должна иметь стабильный потенциал, который не изменяется при подключении нагрузки.