opamp의 내부“접지”에 대해 혼란 스러움
(글쎄. 나는 이 질문 전체에서 "가상 그라운드"에 대해 말하고 있지 않다 . )
이 그림에서 알 수 있듯이 opamp는 다음과 같이 볼 수 있습니다.
우리 모두는 이와 같은 opamp가 두 개의 입력과 하나의 출력을 가지고 있다는 것을 알고 있습니다. 입력 전압은 단순히 두 입력 사이의 전압입니다. 그러나 출력 전압의 경우 (위 그림에서) 내부에 "접지"기호가있는 것처럼 보입니다 . opamp.
opamp에는 접지 (실제 지구)에 연결된 포트가 없기 때문에 "접지"기호는 무엇입니까? 이 답변 은 "접지"가 실제로 DC 전원 (위 그림의 -Vsupply)의 음극임을 보여주는 좋은 설명을 제공합니다.
(잠깐! 중복으로 표시하지 마세요. 미리 읽어보세요.)
하지만 이것이 바로 제 질문이 나오는 곳입니다. 제가 아는 한 가지는 대부분의 DC 전원 공급 장치가 실제 지구에 접지되어 있지 않다는 것입니다. 즉, 떠 있습니다. 따라서 우리는 실제 지구를 참조하는 전압이 무엇인지 모릅니다. 아마도 DC 전원의 마이너스에서 실제 지구를 참조하는 1V 전압을 여전히 가지고 있습니다.
이것은 비 반전 입력을 접지하고 (실제 접지에) 반전 입력을 출력에 연결하여 네거티브 피드백 회로를 형성 할 때까지 괜찮습니다. 즉 아래 이미지
그런 다음 두 입력 사이에 전압이 있으면 출력이 전압을 생성합니다. 그러나 기다리십시오 ... 그 출력 전압은 실제 지구와 관련하여 생성되지 않고 부동 DC 공급 의 음수에 관한 것입니다 (연결 된 답변 및 이전 설명)! 즉, -Vsupply가 실제 접지에 대해 여전히 1V 전압을 가지고 있다면 출력은 항상 실제 접지에 대해 1V를 더할 것입니다!
글쎄, 나는 또한 일주일 이상 나를 혼란스럽게 한이 질문에 관한 실험을했습니다. 플로팅 DC 전원의 경우에도 접지 (실제 접지)를 참조하여 여전히 양호한 0 볼트를 유지했기 때문에 이러한 문제가 전혀 발생하지 않았습니다. 플로팅 DC 전원 공급 장치가 왜 그렇게 잘 작동하는지 모르겠습니다. , 마치 접지 된 것처럼 ... (왜? 이유를 알려주세요)-하지만 결국 플로팅입니다. 즉, DC 전원의 음극이 항상 실제 접지를 기준으로 정확히 0V라는 보장은 없습니다. ..
나는 전기 분야에서 꽤 멍청한 데 .. 위에서 내가 오해 한 것이 있는가? 사실, 접지와 떠 다니는 개념은 나에게 지옥처럼 보입니다 ...
답변
opamp의 출력 이득이 너무 크기 때문에 출력 전압 소스의 접지 기호가 -ve 레일인지, + ve 레일인지 또는 둘 사이의 중간 지점인지는 중요하지 않습니다. 이러한 점은 증폭기 입력 오프셋 전압 오류로 인해 왜소 해집니다.
접지 기호는 과잉으로 인해 표시 될 수 있지만 분명히 일관성없이 전달되므로, 출력 전압 소스가 아무 것도 표시하지 않도록주의해야합니다.
출력 전압 소스는 + ve 레일에서 전류를 소싱하고 전류를 -ve 레일로 싱크합니다. 이득 방정식이 참조되는 실제 지점은 저항의 비율로 설정된 레일과 명시 적 또는 표유 커패시터 사이의 지점이므로 주파수에 따라 달라집니다.
상단 그림에서 연산 증폭기 내부의 접지 기호는 Vpos와 Vneg 공급 장치 사이의 정확한 중심 전압을 나타냅니다. 따라서 Vneg를 접지에 연결하면 자연스러운 중간 점이 Vpos와 접지 사이에 있습니다.
그러나 이것은 사물에 대한 근사치 일 뿐이며, 네거티브 공급 핀과 관련이 있다고 가정하더라도 실제로 중요하지 않습니다. 연산 증폭기 (및 네거티브 피드백)의 높은 개방 루프 이득이 입력 Vin을 보장하기 때문입니다. -입력 Vin +와 같으며 Vout이 상황이 그대로 유지되도록 보장하기 위해 필요한 그대로 Vout을 강제합니다. 이것은 Vin +가 "왕"기준점이됨을 의미합니다.
연산 증폭기는 부정적인 피드백과 함께 작동하도록 설계되었습니다. 아래 회로도에서 오프셋 전압 및 전류를 무시하고 연산 증폭기가 선형 영역에서 작동한다고 가정하면
\$V_{Out}+V_{In-} = V_{In+}+V_{Ref}\$
또는
\$V_{In+}-V_{In-} = V_{Out}-V_{Ref}\$
이 방정식에서 출력이 참조되는 "접지"가 \ 에 의해 제공된다는 것이 분명합니다.$V_{Ref}\$. 본질적으로 전원 공급 장치의 네거티브 레일 또는 분할 전원 공급 장치의 접지와는 관련이 없습니다. 우리는 할 수 묶어 \$V_{Ref}\$ 이들 중 하나에 (첫 번째 경우 연산 증폭기가 "레일 투 레일"이라고 가정) 출력의 "접지"가 설정된 곳은 단순히 디자이너의 선택입니다.
이 회로 시뮬레이션 – CircuitLab을 사용하여 생성 된 회로도