Виртуална маса: Разлика между версии
Изтрито е съдържание Добавено е съдържание
Редакция без резюме |
мРедакция без резюме |
||
Ред 6:
Идеята за виртуалната маса подпомага анализа на веригите с [[операционен усилвател|операционни усилватели]] и други вериги с полезен практически ефект, който трудно би се постигнал по друг начин.
В теорията на електрическите вериги дадена точка (възел) може да има някаква стойност на [[Електрически ток|тока]] или [[Електрическо напрежение|напрежението]], но физическата реализация на виртуалната маса ще
== Реализиране на проста виртуална маса ==
В [[електроника]]та, виртуална маса обикновено се реализира чрез сумиране на две противоположни напрежения. Тъй като директното свързване на източниците на напрежение ще предизвика „конфликт” (много силен ток), трябва да се включат [[резистор]]и. Например при простата схема с виртуална маса, показана на фиг.2, двата противоположни източника на напрежение (+V<sub>1</sub> и -V<sub>2</sub>) са свързани през съответните резистори (R<sub>1</sub> и R<sub>2</sub>) към виртуалната маса – точка А.
Веригата може да се разглежда като два паралелно свързани източника на ток: I<sub>1</sub> (включващ V<sub>1</sub> и R<sub>1</sub>) и I<sub>2</sub>(включващ V<sub>2</sub> и R<sub>2</sub>). Паралелното (успоредно) свързване на два източника е получило името – верига с паралелна отрицателна [[обратна връзка]]. От друга гледна точка, двата резистора образуват крайно полезна резистивна (товарна) верига – паралелен напрежителен суматор, който
Образно казано, веригата може да се разглежда като една електрическа „война”, където два източника на напрежение се „борят” помежду си – V<sub>1</sub> „тегли” точка А нагоре, докато V<sub>2</sub> я „тегли” надолу. В тази „игра” резисторите R<sub>1</sub> и R<sub>2</sub> играят ролята на „въжета”. Ако е изпълнено следното равенство: V<sub>1</sub>/V<sub>2</sub>=-R<sub>1</sub>/R<sub>2</sub>, то в точка А имаме нулево напрежение – или това е така наречената виртуална маса. В тази ситуация токът I=V<sub>1</sub>/R<sub>1</sub>=V<sub>2</sub>/R<sub>2</sub> тече продължително през веригата, като в резултат на това резисторите разсейват продължително мощност.
Необходимото изискване за реализирането на виртуална маса в обща точка между два последователно свързани резистора може директно да се види като геометрична зависимост в
• ''двете напрежения трябва да се приложат на противоположните изводи на резисторите,''
Ред 29:
Най популярният начин за поддържане на виртуална маса е отрицателната обратна връзка. В този случай (Фиг.2) променливият източник на напрежение B<sub>2</sub> “следи” продължително напрежението V<sub>A</sub> на виртуалната маса (точка A) и променя своето напрежение V<sub>2</sub>, така че напрежението V<sub>A</sub> е винаги нула.
Операционният инвертиращ усилвател (Фиг.3а) е типична верига, при която виртуалната маса се поддържа чрез отрицателна обратна връзка.
Изглежда странно, но за да се разбере как операционният усилвател поддържа виртуалната маса, трябва да го разглеждаме като интегратор вместо като усилвател.
Ред 42:
==== Виртуалната маса като захранваща маса ====
'''Реална маса.''' Напрежението е
'''Виртуална маса.''' Когато не са достъпни такива вътрешни точки за източника, като изкуствена виртуална маса може да послужат точки от външната верига, имащи постоянно напрежение спрямо изводите на източника (фиг.4б). Такава точка трябва да има стабилен потенциал, който не се променя, когато електрическите източници въздействат върху виртуалната маса чрез подаване или “дърпане” на ток към и от нея.
Ред 49:
===== Входове на веригата =====
Във всички вериги с паралелна обратна връзка (инвертиращи операционно-усилвателни схеми) главната задача на операционния усилвател е да се “грижи” за виртуалната маса, което значи да поддържа почти нулево напрежение в тази точка. Все пак, входните източници въздействат на виртуалната маса чрез подаване и “дърпане” на ток към и от тази точка. В най-простия случай, входният източник на ток прави това директно (примери: фиг.5, токов интегратор и зареждащ усилвател).
Виртуалната маса придава много малко съпротивление на всеки сигнал, свързан към нея и затова представлява перфектния вход за източници на токови сигнали (пиезоелектрически [[сензор]]и, [[фотодиод]]и и др.). Например във веригата на зареждащ усилвател, разсеяният капацитет на входа на усилвателя не е пагубен за работата му, защото този капацитет е винаги свързан към виртуална маса.
===== Възлова точка във веригата =====
'''"Конфликтна точка" в диференциалните вериги.''' Ако диференциален входен сигнал е приложен на [[транзистор]]ен диференциален усилвател, виртуална маса се явява общата “конфликтна” точка между емитерите на двата “борещи” се транзистора. Подобно, виртуална маса се явява във вътрешната междина точка на общия резистор
'''"Въздействаща" точка във вериги с отрицателна обратна връзка.''' Входният източник на напрежение въздейства върху виртуалната маса, намираща се във вериги с успоредна отрицателна обратна връзка през компонент на веригата ,действащ като преобразовател ток-в-напрежение. Това може да бъде резистор (при инвертиращ усилвател, интегратор, логаритмичен усилвател), капацитет (при диференциатор), диод (при усилвател). В някои случаи, например при сумиращия усилвател (фиг.6) няколко входни източника “атакуват” едновременно виртуалната маса. Операционният усилвател реагира на входната интервенция, опитвайки се да възстанови нормалното състояние на виртуалната маса (V<sub>a</sub>=0). За тази цел той променя своето изходно напрежение, в зависимост от това дали трябва да подава или “дърпа” ток през друг компонент на веригата (капацитет, диод, резистор и др.) към или от тази точка.
Ред 68:
'''„Отрязващ” индикатор.''' Във веригите с паралелна отрицателна обратна връзка, потенциалът на виртуалната маса характеризира състоянието на системата. Когато системата работи нормално, нейната изходна величина (обикновено напрежение) успява да „неутрализира” входното въздействие върху виртуалната маса; има приблизително нулев потенциал в тази точка. Ако системата изчерпи изходното си съпротивление, тя се насища и се появява напрежение във виртуалната маса. Всъщност това напрежение е част от входното напрежение.
Например във веригата на инвертиращия усилвател (фиг.3а), резисторите R<sub>in</sub> и R<sub>f</sub> действат като делител на напрежение; така една част (R<sub>f</sub>/(R<sub>f</sub> + R<sub>in</sub>)) от входното напрежение започва да преминава през операционно-усилвателния инвертиращ вход когато операционният усилвател се насища. Това напрежение може да се използва (например при аудио усилвателите) като изходен сигнал за индикация на началото на отрязването.
'''Диоден ограничител.''' В добре замислената схема на операционно-усилвателен диоден ограничител (фиг.7), операционно-усилвателния изход не се използва като традиционен извод на схемата(както е при логаритмичния преобразувател); въпреки инвертирането операционно-усилвателният вход служи като изход. При положително входно напрежение, операционният усилвател добавя компенсиращо напрежение V<sub>OA</sub>=V<sub>F</sub> последователно с пада на напрежение в права посока V<sub>F</sub> върху диодът. По този начин реалният(неперфектен) диод се превръща в почти идеален такъв имайки приблизително нулев пад на напрежение в права посока V<sub>F</sub>≈0. Следователно, несъвършеният пасивен диоден ограничител (
== Проблеми с виртуалната маса ==
| |||