Wozu dient ein Operationsverstärker, dessen Ausgang und invertierender Eingang mit Masse verbunden sind?

Der erste Operationsverstärker erzeugt tatsächlich die Schaltungserde. Der 7810 erzeugt stabile 10 Volt, die dann durch den Spannungsteiler R2 und R3 geteilt und durch C3 gefiltert werden, um einen stabilen 5-Volt-Pegel relativ zum negativsten Pegel zu erhalten.

Der Operationsverstärker puffert dies dann und der Rest der Schaltung verwendet seinen Ausgang als Bezugsmasse . Denken Sie daran, dass Masse in einer Schaltung wie dieser nur eine Annehmlichkeit ist, ein Knoten, der verwendet wird, wenn auf andere Spannungen Bezug genommen wird.

Obwohl ich @pipe zustimme und seine Antwort tatsächlich positiv bewertet habe, lautet eine zusätzliche nuancierte Antwort, dass ein Grund mehr als "nur" eine Referenz ist.

Was ich damit meine, ist, dass Masse nicht nur eine Spannung ist, sondern etwas, das Strom liefern und senken und auf demselben Potenzial bleiben kann.

Die von diesem Operationsverstärker erzeugte Masse kann sowohl Strom liefern als auch senken und ungefähr auf halbem Weg zwischen den Schienen der +12-Volt-Quelle bleiben. Wenn das Design nur einen anderen Regler wie einen 7805 verwendet hätte, hätte dieses Gerät nur Strom bezogen und somit nur dann den richtigen "Mittelspannungswert" ausgegeben, wenn Strom aus seinem Ausgang geflossen wäre.

Eher einschränkender als die gezeigte Schaltung.

(TL,DR: siehe Absatz 5)

Das Zählermodul erfordert, dass die Spannung an seinem GND-Pin zwischen seinen V+- und V--Versorgungspins liegt. Er wandelt die Spannung zwischen seinem IN+ Pin und GND um und zeigt sie an.

Der 7810 regelt den Eingang auf 10 V zwischen den mit +5 V und -5 V gekennzeichneten Knoten.

R2 und R3 liefern eine Mittelpunktspannung mit Thevenin-Impedanz von 2,5 kOhm (= 10K // 10K) parallel zu 100nF. Somit erhöht jeder (Gleich-)Strom, der von diesem Knoten gezogen oder diesem zugeführt wird, die Spannung um 2,5 V pro Milliampere.

Der GND-Knoten führt Ströme von: Messgerät VIN+, R9, R11, R15, R16, R13, A2 und C5. Diese summieren sich wahrscheinlich auf weniger als ein Milliampere, aber das Messgerät kann in jedem Messzyklus unterschiedliche Ströme ziehen.

Verstärker 1 fungiert als Spannungsfolger für die R2-R3-Kette. Er hält seinen Ausgang, den mit GND bezeichneten Knoten, am Mittelpunkt der mit +5V und -5V bezeichneten Knoten. Aus einer anderen Perspektive betrachtet, wirkt es so, dass es den Mittelpunkt seiner Versorgungen in Richtung seiner Ausgangsspannung zieht. Es hat eine Ausgangsimpedanz im geschlossenen Regelkreis von einigen Ohm, sodass der am GND-Knoten gezogene Strom nur geringe Auswirkungen auf die Spannung zwischen GND und den +5-V- und -5-V-Leitungen hat.

Die Verstärker II-IV sind alle als einfache Differenzverstärker konfiguriert. II und III haben eine Verstärkung von 100 V/V und Zin von 10 K. IV hat einen Gewinn von 20 und Zin von 50.000.

Wenn C5 direkt mit dem Ausgang des Verstärkers IV verbunden ist, ist dies ein Fehler. OPAs sind nicht als stabil bei einer großen kapazitiven Last spezifiziert. Es wäre wahrscheinlich besser, es über Meter VIN+ und GND zu legen, mit etwa 10K zwischen dem Wischer von A2 und VIN+.

Die Verstärkung der Schaltung hängt direkt von der Ausgangsspannung des 7810 ab. Wenn das Messgerät über einen externen Referenzeingang verfügt, ist es am besten, diesen mit einem Bruchteil von +5 V zu verbinden, was einen ratiometrischen Messwert ergibt.

Die Offset-Spannung aller vier Verstärker trägt zum Signal bei. Die Verstärker benötigen gute DC- und 1/f-Rauschspezifikationen.

Eine einfache und direkte Antwort auf Ihre Hauptfrage lautet, dass dies eine Möglichkeit ist, die Differenzspannungen bereitzustellen, die die Operationsverstärker benötigen (+ & - 5 V). Durch Floaten der Masse (auf +5 V) kann die einzelne 10-V-Quelle + & - 5 V liefern! Sie sollten jetzt verstehen können, dass der Ausgang des Operationsverstärkers I verwendet wird . Es erzeugt eine virtuelle Masse (oder Referenzmasse).