Confusión sobre el significado de flotación

Question

Aquí definen estar flotando como:

Mencionan que Ungrounded = 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 con esto. La Tierra es solo otra tierra.

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

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

EDICIÓN:

Una fuente flotante está conectada a un amplificador diferencial. Si agrego una tierra donde señala 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 es necesario en la simulación SPICE? Porque si agrego una tierra, ya no está flotante en el diagrama. Esto es realmente confuso.

EDICIÓN 2:

Aún más confusión.

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

Por favor, ten en cuenta que, arriba las señales dif. de entrada es decir, la fuente y el amplificador dif. comparten la misma tierra.

Pero cuando miro los terminales de entrada para un voltímetro o una placa de adquisición de datos dif. terminada, no hay tierra extra. 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 a la placa dif. terminada de adquisición de datos que tiene su propia tierra llamada AGND2, nos enfrentamos a una situación donde AGND1 y AGND2 no están conectados. Pero aún así estos sistemas funcionan de la siguiente manera:

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

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

Esto también es muy confuso, ya que no sé de dónde viene 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, ambos tierras están conectados juntos, por lo que la fuente, V1, NO está flotando con respecto al amplificador.

Sin embargo, si se tratara de un gadget operado con batería, sin otra conexión, todo estaría flotando con respecto al suelo bajo tus pies.

simula este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

El siguiente esquemático, en cambio, tiene una fuente flotante.

simula este circuito

Por cierto: Solo para confundirte aún más, hay otro significado de flotante.

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

simula este circuito

Answer 2

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

Un circuito no está flotando cuando puedo hacer fluir corriente.

Está bien, puedo aplicar 1 millón de voltios y la corriente fluirá. Estoy hablando de aplicar una diferencia de voltaje que no dañará componentes ni romperá el aislamiento, etc.

En tu primera imagen, la fuente de la derecha está efectivamente flotando, si conecto un cable desde mi tierra o cualquier punto en mi circuito (la fuente a tierra a la izquierda), entonces no fluirá corriente. Solo habría la conexión que acabo de hacer, por lo 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 entre sí.

Creo que tu confusión proviene de la afirmación Sin conectar a tierra = flotante.

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

Si el circuito A está conectado a "tierra", entonces el circuito B no puede estar conectado a "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 una tierra pero no pueden compartirla o compartir ninguna otra conexión.

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

Un truco sencillo para comprobar 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 cuidado, un símbolo de tierra podría ser utilizado en más de un lugar y luego realmente es una conexión aunque no haya 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 entre sí.

Editar

Confusión sobre este circuito:

Realmente, ¡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 baterías de 9V es un buen punto.

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

Si agregas una tierra al terminal - de V1 lo conectas directamente a la tierra y interrumpes el funcionamiento del circuito.

Por lo tanto, no, no debería haber tierra añadida 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 resistores que también suministren esa corriente de base.

Para solucionar eso, haz esto:

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

La fuente de voltaje DC 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 conserva la naturaleza diferencial de las señales. También podrías conectar a tierra (o aplicar un voltaje DC) en un lado (ver la respuesta de Trevor) y eso funciona, pero entonces la señal ya no es diferencial.

Answer 3

Los viajes actuales se realizan 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, hasta el riel de alimentación, al sistema de propulsión del vagón, a los rieles de circulación y de vuelta 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 circulación debido a la nieve, el hielo, el óxido, etc. Si hubiera algún puente de tierra entre los vagones, la corriente de propulsión intentaría regresar a través de ese puente de 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 abiertas, anuncios, intercomunicación 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 conectado por Q3 y Q4. Esto arrastrará al otro sistema a aproximadamente al potencial de tu sistema. O viceversa, todo es una cuestión de perspectiva.

Answer 4

Ideally, no quieres tener tierra ahí. Si acaso, quieres dividir tu vsin en dos entradas aditivas separadas y poner una tierra en el medio de eso. Si pones una tierra en cada lado tal como está, terminarás con un amplificador que no está funcionando 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). El vsin dividido en dos con una tierra en el medio de ellos es la forma correcta de simular esto.

simular este circuito – Esquemático creado usando CircuitLab

La razón por la que spice tiene 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, en realidad estás conectado a tierra pero spice nunca lo sabría porque está utilizando un modelo simplificado.

En el mundo real, no necesitas una onda sinusoidal dual/dividida ya que la tierra es solo una referencia para medir el voltaje. Una única onda sinusoidal de entrada en un amplificador operacional BJT probablemente esté bien sin ningún tipo de referencia fuera del amplificador operacional. Si fuera un amplificador operacional MOSFET, definitivamente recomendaría colocar 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 me opondría a las resistencias de descarga para prevenir aún más posibles eventos inesperados o catastróficos.

Para responder a la Edición 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 tipo de circuito de seguridad 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 circuito, hay una buena posibilidad de que la ESD destruya el dispositivo.

Otra cosa a tener en cuenta aquí es que aunque los dispositivos no están conectados externamente a la misma tierra, siguen conectados entre esos dos cables a tierras de los dispositivos indirectamente. Dependiendo de la tecnología del transistor, esto puede ser suficiente en dispositivos reales para prevenir cualquier problema de voltaje flotante.

Answer 5

No he escuchado realmente a nadie referirse a flotar con la señal. Flotar es algo de potencia. Pero sí, una señal no tiene que tener una referencia común de CA en el circuito (lo que se llama operación de señal equilibrada). Las conexiones de señal desequilibradas tienen referencias comunes de CA. Tengo que enfatizar a la gente que cuando miras un circuito en CA, Todas las fuentes de energía de CC pueden ser un común de CA (Gnd, Vcc, -Vcc).

Ahora hay circuitos de alimentación flotante utilizados para algunos circuitos amplificadores.

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