Virtuelle Masse (Elektronik)

2020-10-27T14:21:15Z

134.3.36.199: Indizes in der Formel zu Text, da sie Text sind.

Die '''virtuelle Masse''' (auch '''virtueller Nullpunkt''', '''VNP''') beschreibt in der [[Elektronik]] einen Punkt einer elektrischen Schaltung, der ''trotz'' fließender Ströme ein [[Masse (Elektronik)|Massepotential]] aufweist, jedoch nicht direkt mit der Masse verbunden ist. Die Realisierung gelingt mit einem verstärkenden Element (meist einem [[Operationsverstärker]]), das bei der geringsten auftretenden Spannung an diesem Punkt unverzüglich Gegenmaßnahmen einleitet und dafür sorgt, dass die Spannung an diesem Punkt nahezu Null bleibt. Die Spannung am virtuellen Massepunkt wird auf diese Weise auf Massepotential geregelt.

==Beispiel==
[[Bild:Inverting Amplifier.svg|thumb|right|Beschaltung eines invertierenden Verstärkers]]

Der [[Operationsverstärker#Nichtinvertierender Verstärker (Elektrometerverstärker)|invertierende Verstärker]] verstärkt die Eingangsspannung ''U''e mit dem Faktor:

:<math>V = -\frac{R_2}{R_1} \Rightarrow U_\text{a} = -U_\text{e} \cdot \frac{R_2}{R_1}</math>

Der Operationsverstärker versucht mit Hilfe seiner Ausgangsspannung ''U''a die Differenzspannung an seinen Eingängen auf Null zu halten. Wenn ''R''1 = 1 kΩ und ''R''2 = 10 kΩ sind, fließt bei ''U''e = 0,5 V durch ''R''1 Strom, der die Spannung am invertierenden Eingang (−) des Operationsverstärkers kurzzeitig positiv macht. Wegen der sehr hohen [[Leerlaufverstärkung]] von beispielsweise 100.000 ändert sich ''U''a innerhalb von Mikrosekunden auf −5 V, denn ''nur dann'' gilt:
*Durch beide Widerstände ''R''1 und ''R''2 fließen 0,5 mA.
*Die jeweiligen Spannungsabfälle betragen ''U''1 = 0,5 V bzw. ''U''2 = 5 V.
*Deshalb beträgt die Spannung am invertierenden Eingang (−) des Operationsverstärkers nur 5 V : 100.000 = 50 µV.
*Diese Spannung ist so gering, dass man mit einfachen Messgeräten meint, dieser Punkt wäre mit Masse verbunden – auch dann, wenn sich ''U''e ändert.
*Der [[Eingangswiderstand]] dieser Schaltung ergibt sich (unter Vernachlässigung der endlichen Leerlaufverstärkung) durch die virtuelle Masse schlicht zu ''R''1.

Zu beachten ist, dass die Leerlaufverstärkung bei Operationsverstärkern üblicherweise keine sehr genau spezifizierte Größe ist, da lediglich wichtig ist, dass sie sehr groß ist; wie groß genau, ist von untergeordneter Bedeutung.

Den virtuellen Massepunkt darf man nicht direkt oder über einen großen Kondensator mit Masse verbinden, weil man dadurch das schnelle Regeln des OP verhindert.

Die Potentialgleichheit bei den beiden Eingängen eines idealen Operationsverstärkers, im Fall der [[Gegenkopplung]], wird manchmal auch als [[virtueller Kurzschluss]] bezeichnet, da die beiden Eingänge das gleiche Potential aufweisen und sich scheinbar wie kurzgeschlossen verhalten. Das Potential an den beiden Eingängen muss in diesem Fall nicht gleich dem Massepotential sein.

[[Kategorie:Elektronische Schaltungstechnik]]

Wikipedia (Deutsch) – Lokale Kopie - Benutzerbeiträge [de]

Virtuelle Masse (Elektronik)