Wofür steht Gleichtaktspannung in einem Instrumentenverstärker?

Ich habe einen Text über Instrumentenverstärker gelesen. Ich konnte keine einfache Erklärung finden, was Gleichtaktspannung wirklich bedeutet und wie wichtig sie ist.

Die Gleichtaktspannung ist ein Spannungsversatz, der sowohl den invertierenden als auch den nichtinvertierenden (dh "+" und "-") Eingängen des Instrumentenverstärkers "gemeinsam" ist. Ein Instrumentenverstärker als Differenzverstärker aufgebaut, so dass er den Unterschied zwischen diesen beiden Eingängen misst und lehnt jegliche Spannung , die so ist , gemeinsam zu den beiden. Mit anderen Worten, wenn Sie zwei Signale v1 (t) und v2 (t) an den beiden Eingängen haben:

v1 (t) = f1 (t) + Vcm (t)

v2 (t) = f2 (t) + Vcm (t)

Was der Instrumentenverstärker misst, ist:

vo (t) = v1 (t) - v2 (t) = (f1 (t) + Vcm (t)) - (f2 (t) + Vcm (t)) = f1 (t) - f2 (t)

Beachten Sie, dass Vcm (t) (die Gleichtaktspannung, die in beiden Eingangssignalen auftritt) aufgehoben wird. Beachten Sie auch, dass dies kein Gleichstromsignal sein muss, sondern mit der Zeit variieren kann.

Warum interessiert uns nun die Gleichtaktspannung bei der Auswahl eines Differenzverstärkers? Wie andere Leute gesagt haben, sind zwei Schlüsselmerkmale des Verstärkers zu berücksichtigen, das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis (CMRR) und der Gleichtaktbereich.

Das CMRR ist wichtig, da der Instrumentenverstärker kein idealer Differenzverstärker ist. Ein idealer Differenzverstärker würde 100% der Gleichtaktspannung in den Eingangssignalen zurückweisen und nur die Differenz zwischen den beiden Signalen messen. In einem realen Instrumentenverstärker ist dies nicht der Fall, und es gibt einen messbaren (wenn auch typischerweise sehr sehr kleinen) Betrag der Gleichtaktspannung am Eingang, der in den Ausgang gelangt.

Der Gleichtaktbereich ist wichtig, da er begrenzt, wie weit die gemessenen Eingangssignale vom Boden entfernt sein können. Dies ist eine Grenze, da Sie normalerweise keine Signale außerhalb der Versorgungsspannungen (oft als "Schienen" des Verstärkers bezeichnet) messen können. Es gibt Ausnahmen, aber im Allgemeinen muss die Spannung jedes Eingangssignals innerhalb der Versorgungsschienen von bleiben Wenn Sie Ihren Verstärker also mit Schienen von +/- 12 V versorgen, können Sie möglicherweise die Differenz zwischen zwei Signalen mit einem Gleichtaktversatz von 15 V nicht messen, selbst wenn die Differenz zwischen den beiden Signalen nur 20 mV beträgt. Zum Beispiel, wenn Ihre beiden Signale vollständig Gleichstrom sind und:

V1 = 15 + 0,010

V2 = 15 - 0,010

Vo = V1 - V2 = 0,020

Sie könnten diese nicht messen, wenn Ihr Instrumentenverstärker einen Gleichtaktbereich von +/- 12 V hätte.

$v_1(t)$$v_2(t)$

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Damit diese Schaltungen gleichwertig sind, müssen wir haben

$V_{cm} = \frac{V_1+V_2}{2}$

$V_d = V_1 - V_2$

$V_{cm}$$V_d$

Warum ist es wichtig?

Wenn wir über Instrumentenverstärker sprechen, ziehen wir es vor, den Eingang in Gleichtakt und Differenz auszudrücken, da In-Verstärker für Differenzsignale eine hohe Verstärkung und im Idealfall keine Reaktion auf Gleichtaktsignale aufweisen.

Das ist

$V_{o-d} = A V_{i-d}$

$V_{o-d}$$V_{i-d}$

und

$V_{o-cm} = V$

Dabei ist V eine Spannung, die nicht mit den Eingängen zusammenhängt.

Die Gleichtaktspannung ist nichts anderes als der Offset @, bei dem sich das Diff-Signal über einer gemeinsamen Referenz, dh Masse, bewegt. Die CM-Spannung hat also aus Sicht des Operationsverstärkers eine Bedeutung, hat jedoch keinen Einfluss auf das vom Empfänger interpretierte Diff-Signal, da der Empfänger nur die Differenz zwischen den beiden Signalen misst.