Confusión sobre el significado de floating

Question

Aquí definen ser flotante como:

Mencionan que Sin Conexión a Tierra = Flotante.

Pero en otro foro alguien escribió:

La señal se considera flotante cuando no tiene la misma tierra que su dispositivo. La Tierra no tiene nada que ver. La Tierra es simplemente otra tierra.

Estoy un poco confundido con el significado de flotante. ¿Está la fuente flotando en el sistema a continuación?:

Si no está flotando, ¿puede dar un ejemplo de un sistema donde la tierra de la fuente esté flotando?

EDITAR:

Una fuente flotante está conectada a un amplificador diferencial. Si agrego una tierra donde apunta la flecha roja, el circuito de simulación amplifica esta señal muy bien. Pero si no uso una tierra, la simulación se corrompe.

¿Realmente necesitamos una tierra en ese punto o solo se necesita en la simulación SPICE? Porque si agrego una tierra, ya no está flotando en el diagrama. Esto es realmente confuso.

EDITAR 2:

Aún más confusión.

Siempre me encuentro con esa topología de circuito para amplificadores diferenciales:

Por favor, nota que, encima de las señales de entrada diff es decir, la fuente y el amplificador diff. nuevamente comparten la misma tierra.

Pero cuando miro los terminales de entrada para un voltímetro o una placa de adquisición de datos de extremo diff., no hay una tierra adicional. Hay entradas para -Vin y +Vin, pero no GND.

Imagina ahora que tengo un dispositivo que tiene una tierra analógica llamada AGND1 y este dispositivo tiene dos salidas diferenciales digamos 2V y -2V en relación con su propio AGND1. Ahora, si conecto sus salidas diferenciales al voltímetro o una placa de adquisición de datos de extremo diff. que tiene su propia tierra llamada AGND2, nos enfrentamos a una situación donde AGND1 y AGND2 no están conectadas. Pero aún así estos sistemas funcionan de la siguiente manera:

Como ves, en un típico voltímetro o conexión de placa de datos diff. terminada, no conectamos las dos tierras de los sistemas AGND1 y AGND2.

Entonces, la topología del amplificador diff. que encuentro utiliza tierras comunes pero en realidad las tierras no están conectadas.

Esto también es muy confuso ya que no sé de dónde proviene mi falta de conocimiento.

Answer 1

Flotante es un término de voltaje y, como cualquier voltaje, debe tener una referencia.

Es decir: "El objeto A puede estar flotando con respecto al objeto B".

En su circuito mostrado, ambas tierras están conectadas, por lo que la fuente, V1, NO está flotando con respecto al amplificador.

Sin embargo, si esto fuera un dispositivo operado con batería, sin otra conexión, todo el asunto está flotando con respecto a la tierra bajo tus pies.

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

Por otro lado, el siguiente esquemático tiene una fuente flotante.

simula este circuito

PD: Solo para confundirte aún más, hay todo otro significado de flotante.

En el esquemático a continuación, las dos entradas A y B no están conectadas y llamamos a eso flotante. En este caso, en realidad están unidas a tierra a través de las resistencias de pull-down, pero el extremo izquierdo aún se considera como flotante, ya sea que las resistencias de pull-down estén ahí o no.

simula este circuito

Answer 2

En mi definición, un circuito está "flotando" si no fluye corriente cuando lo conecto a mi tierra o a cualquier otro voltaje relativo a mi tierra, utilizando un cable.

Un circuito no está flotando cuando puedo hacer que fluya corriente.

Está bien, puedo aplicar 1 millón de voltios y fluirá corriente. Estoy hablando de aplicar una diferencia de voltaje que no dañará ningún componente ni romperá ningún aislante, etc.

En tu primera imagen, la fuente correcta está flotando, si conecto un cable a ella desde mi tierra o cualquier punto en mi circuito (la fuente conectada a tierra a la izquierda) entonces no fluirá corriente. Solo habría la conexión que acabo de hacer, así que no puede fluir corriente.

En tu segunda imagen, hay 2 conexiones entre la fuente a la izquierda y el amplificador a la derecha. Esto significa que estos circuitos no están flotando en relación el uno al otro.

Creo que tu confusión viene de la afirmación Sin conexión a tierra = flotando.

"La tierra es simplemente una referencia. Imagina los circuitos A y B que están flotando en relación el uno al otro, no pueden compartir una tierra (o cualquier otra conexión).

Si el circuito A está conectado a la "tierra", entonces el circuito B no puede estar conectado a la "tierra" de ninguna manera. Si el circuito B estuviera conectado, entonces ya no estaría flotando en relación a A.

Ambos circuitos A y B pueden tener su tierra pero no pueden compartirla ni compartir ninguna otra conexión.

Mi batería o calculadora alimentada por energía solar, llamada circuito C, está flotando en relación tanto al circuito A como al circuito B, ya que no tiene conexiones en absoluto ni con A ni con B.

Un truco sencillo para verificar si un circuito está flotando es dibujar una línea (punteada) para separar los dos circuitos. ¡La línea punteada no puede cruzar ningún cable!

Así:

Ten en cuenta que un símbolo de tierra puede ser utilizado en más de un lugar y entonces realmente es una conexión también aunque no haya un cable visible.

No puedo dibujar una línea punteada para separar la fuente y el amplificador en tu segunda imagen. Por lo tanto, no están flotando en relación el uno al otro.

Editar

Confusión acerca de este circuito:

En realidad, ¡no es tan confuso!

Este es solo un circuito, por lo que podría flotar con respecto a la tierra pero no tiene por qué. Realmente no hace ninguna diferencia ya que la tierra es solo un punto de referencia. La tierra entre las 2 pilas de 9V es un buen punto.

No hay necesidad de añadir ningún otro símbolo de tierra a menos que quieras que tengan una conexión directa a esa misma tierra (entre las pilas).

Si agregas una tierra al terminal - de V1, lo cortas con la tierra y interrumpes el funcionamiento del circuito.

Por lo tanto, no, no debería agregarse una tierra ni en el simulador ni en el mundo real.

Pero este circuito no funcionará bien porque no hay un camino para las corrientes de base de los transistores. Debes establecer un voltaje de modo común usando resistencias que también suministren esa corriente de base.

Para resolverlo, haz esto:

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

La fuente de voltaje de CC V2 debe ser un voltaje en el rango de modo común que el amplificador pueda manejar. También puedes hacer que V2 sea cero y quitarlo.

Esta solución preserva la naturaleza diferencial de las señales. También podrías conectar a tierra (o aplicar un voltaje de CC) en un lado (ver la respuesta de Trevor) y eso funcionará, pero entonces la señal ya no sería diferencial.

Answer 3

Los viajes actuales en bucles. Cuando un sistema está flotando en relación con el otro, significa que los bucles no están en comunicación (no conectados).

Considera un vagón del metro de Nueva York. El gran bucle va desde la subestación, al tercer riel, al sistema de propulsión del vagón, a los rieles de carrera y de regreso a la subestación. No hay forma de aislar las ruedas del chasis del vagón, por lo que el chasis es parte del gran bucle. A veces, un vagón perderá contacto con los rieles de carrera debido a nieve, hielo, óxido, etc. Si hubiera algún jumper a tierra entre los vagones, la corriente de propulsión intentaría regresar a través de ese jumper a tierra a un vagón con buen contacto.

También hay un sistema de control que permite al conductor controlar el sistema de propulsión de cada vagón, detectar puertas bloqueadas, anuncios, intercomunicador del conductor, etc. etc. Realmente no quieres que la corriente de propulsión regrese a través de los cables de control. Por lo tanto, este sistema está aislado, o "flotando", de la corriente de propulsión.

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En tu caso, el otro sistema no está aislado del tuyo, porque está atado por Q3 y Q4. Esto arrastrará al otro sistema a aproximadamente el potencial de tu sistema. O viceversa, todo es cuestión de perspectiva.

Answer 4

Idealmente, no querrás tener tierra ahí. Si acaso, querrás dividir tu vsin en dos entradas aditivas separadas y poner una tierra en medio de ellas. Si pones una tierra a cada lado de ella tal como está, terminarás con un amplificador que no funciona de manera óptima. Esto se debe a que estás fijando un lado de tus entradas a un voltaje único. La mayoría de los amplificadores operacionales funcionan mejor con entradas diferenciales (una señal sube mientras la otra baja). La vsin dividida en dos con una tierra en medio de ellas es la forma correcta de simular esto.

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

La razón por la que spice está teniendo problemas sin que pongas una tierra de referencia en su lugar es porque está viendo tu amplificador operacional como un diagrama de bloques simplificado y no está comprendiendo los internos del amplificador operacional. A través del amplificador operacional, estás realmente conectado a tierra pero spice nunca lo sabría porque está usando un modelo simplificado.

En el mundo real, no necesitas una onda senoidal dual/dividida ya que la tierra es solo una referencia para medir el voltaje. Una entrada de onda senoidal única en un amplificador operacional BJT probablemente esté bien sin ninguna referencia externa fuera del amplificador operacional. Si fuera un amplificador operacional MOSFET, definitivamente recomendaría poner resistencias de descarga entre las entradas y tierra para evitar que señales flotantes creen un voltaje demasiado alto en las entradas del amplificador operacional. Incluso en un amplificador operacional BJT, no estaría en contra de usar resistencias de descarga para prevenir aun más ocurrencias inesperadas o catastróficas.

Para responder a Edit 2:
Aunque esto puede funcionar. Es posible que aún te estén dando un diagrama simplificado de lo que sucede en el voltímetro o DAQ. Debería haber algún circuito de seguridad en su lugar para prevenir diferencias de potencial extremas entre dispositivos que no comparten tierras. Esto puede estar en forma de resistencias de descarga de alta resistencia o diodos zener en el DAQ o voltímetro. Sin algún tipo de protección de circuitos, hay una buena posibilidad de que la ESD destruya el dispositivo.

La otra cosa a tener en cuenta aquí es que aunque los dispositivos no están conectados externamente a la misma tierra, aún están conectados entre esos dos cables a las tierras de cada uno indirectamente. Dependiendo de la tecnología del transistor, esto puede ser suficiente en dispositivos reales para evitar cualquier tipo de problema de voltaje flotante.

Answer 5

Realmente no he escuchado a nadie referirse a flotar con señal. Flotar es algo relacionado con la potencia. Pero sí, una señal no tiene que tener una referencia de Common de AC en el circuito (lo cual se llama operación de señal balanceada). Las conexiones de señal no balanceada tienen referencias comunes de AC. Tengo que hacer hincapié a la gente cuando se mira un circuito en AC, Todas las fuentes de alimentación de CC pueden ser un común de AC (Gnd, Vcc, -Vcc).

Ahora hay circuitos de alimentación flotantes utilizados para algunos circuitos de amplificador.

También, en la respuesta al circuito anterior, No, en realidad no necesitaría hacer referencia a tierra.