Wofür steht Gleichtaktspannung in einem Instrumentenverstärker?

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

user16307
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In einer IA müssen die Widerstände so genau wie möglich aufeinander abgestimmt sein, um Fehler zu vermeiden, und der Ausdruck Gleichtakt bezieht sich darauf, wenn ein Signal auftritt, das beiden Eingängen gemeinsam ist, im Wesentlichen wenn sie miteinander verbunden sind. In Ihrem Diagramm sind beispielsweise zwei Quellen dargestellt. Der Ausgang des Sensors ist eine Quelle, die offensichtlich nur mit einem Anschluss der IA verbunden ist. Die zweite Quelle, die "Gleichtakt" -Spannungsquelle, repräsentiert alle Signale, die beiden Eingängen gemeinsam sein könnten.
krb686
Entnommen aus Wikipedia zum Gleichtaktunterdrückungsverhältnis : "Wenn beispielsweise der Widerstand eines Thermoelements in einer verrauschten Umgebung gemessen wird, erscheint das Umgebungsrauschen als Versatz auf beiden Eingangsleitungen, was es zu einem Gleichtaktspannungssignal macht. Das CMRR des Messgeräts bestimmt die Dämpfung, die auf den Offset oder das Rauschen angewendet wird. "
krb686
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Sehr häufig, da das Signal buchstäblich gemeinsame (auf beiden) Eingänge ist. Was den Modus betrifft, weiß ich nicht, weil er sich nicht auf einen "Modus" bezieht, in dem die IA arbeitet, oder so etwas. Schauen Sie sich dieses Bild an. m.eet.com/media/1138273/17407-figure_4.pdf Es macht einen guten Job, es zu erklären. Es gibt 3 Arten von "Gleichtakt" -Signalen. Es gibt eLC, ein häufiges Wechselstromrauschen. eGD, wo der Boden schwimmt, oder Eos, wo der Treiber eine bestimmte Spannung versetzt. IAs benötigen ein gutes CMRR oder Gleichtaktunterdrückungsverhältnis, um Fehler zu vermeiden, die mit solchen Gleichtaktsignalen verbunden sind.
krb686
Ja, wenn Sie sich Ihr Diagramm ansehen, wird lediglich die Differenz zu den Sensorausgängen verstärkt. Angenommen, diese Schaltung befand sich in einem mobilen Gerät, in dem keine echte lokale Erdungsverbindung besteht. Dann schweben möglicherweise der gesamte Sensor und die Schaltung über der realen Erdung, wie in Vcm dargestellt.
krb686
Dann sind beide Eingänge dem Rauschen ausgesetzt. Warum wird das Geräusch nicht gelöscht? Warum gibt es dort immer noch diesen nervigen Vcm?
user16307

Antworten:

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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.

Robert Ussery
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f1(t)=f2(t)
@ Robert Ussery, das war die klarste Erklärung, die ich bisher gefunden habe
user16307
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Wir sprechen tatsächlich von einer Vektorraumdarstellung. Wir sind nach einem zweidimensionalen Raum, der durch die beiden Eingangsspannungen <v1, v2> definiert ist . Das Umschalten auf <vcm, f1, f2> Basis bedeutet die Verwendung einer 3-Elemente-Basis zur Darstellung eines 2-dimensionalen Raums und beinhaltet daher, dass der Rang von <vcm, f1, f2> ohnehin 2 ist und seine Elemente nicht linear unabhängig sind (dh orthogonal ) länger. Wirklich keine gute Idee, orthogonal zu sein, vereinfacht viele Berechnungen. @ThePhotons Basis <vcm, vd> muss stattdessen verwendet werden: Sie ist zweidimensional und linear
unabhängig
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v1(t)v2(t)

schematisch

simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab

Damit diese Schaltungen gleichwertig sind, müssen wir haben

Vcm=V1+V22

Vd=V1V2

VcmVd

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

Vod=AVid

VodVid

und

Vocm=V

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

Das Photon
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Was ist VD und VD / 2 in Ihrer Figur?
user16307
VD ist das Differenzsignal oder die Differenzspannung. VD / 2 ist die Hälfte von VD.
Das Photon
u schrieb: "Wenn wir über Instrumentenverstärker sprechen, ziehen wir es vor, den Eingang in Gleichtakt und Differential auszudrücken, da In-Amps für Differenzsignale eine hohe Verstärkung und im Idealfall keine Reaktion auf Gleichtaktsignale aufweisen." aber ich verstehe nicht. In der Realität gibt es zu jedem Eingang jeweils nur ein Signal. Was meinst du damit, dass sie nicht auf cm-Spannungen reagieren?
user16307
"Keine Reaktion auf Gleichtaktsignale" bedeutet, dass sich der Ausgang nicht ändern sollte, wenn sich die Eingänge + und - auf die gleiche Weise ändern. Wenn beispielsweise beide Eingänge um 10 mV ansteigen, sollte sich der Ausgang nicht ändern. Wenn beide Eingänge um 5 mV abfallen, sollte sich der Ausgang nicht ändern
The Photon
Ich kann mich irren, aber Ihre Antwort sieht falsch aus und ist der gleichen Annahme schuldig, die Sie unter der oberen Antwort erwähnt haben (dass die Differentialkomponenten gleich und entgegengesetzt sind). Die Differentialteile können jedes Signal sein, das mit einer Spannung betrieben wird, die beiden Eingängen gemeinsam ist und nicht unbedingt Vd / 2. Genau wie Eingänge von -5 V bei 15 V und 2 V bei 15 V ergeben sie den gleichen Ausgang wie Eingänge von -4 V bei 15 V und 3 V bei 15 V. . Ich verstehe also nicht, wie Ihr zweites Operationsverstärkerdiagramm und Ihre erste Gleichung gültig sind. Es sei denn, es handelt sich nur um ein angenommenes Vcm, da das reale Vcm nur empirisch bestimmt werden kann (?).
TisteAndii
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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.

Oshi
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RE: "macht keinen Einfluss". Dies gilt nur, wenn Ihr Receiver über eine perfekte Gleichtaktunterdrückung verfügt.
Das Photon