Apa artinya tegangan mode umum dalam amplifier instrumentasi?

masukkan deskripsi gambar di sini

Saya sedang membaca teks tentang amplifier instrumentasi. Saya tidak dapat menemukan penjelasan yang mudah apa arti tegangan mode yang sangat umum dan pentingnya.

theory instrumentation-amplifier

— pengguna16307
sumber

Dalam IA, resistor harus dicocokkan sedekat mungkin untuk menghindari kesalahan, dan frasa mode umum mengacu pada ketika sinyal muncul yang umum untuk kedua input, pada dasarnya ketika mereka terikat bersama. Misalnya dalam diagram Anda, dua sumber digambarkan. Output dari sensor adalah satu sumber, terhubung jelas ke hanya 1 terminal IA. Sumber kedua, sumber tegangan "mode umum", mewakili sinyal apa pun yang mungkin sama untuk kedua input.

— krb686

Diambil dari wikipedia pada rasio penolakan mode umum : "Misalnya, ketika mengukur resistensi termokopel di lingkungan yang bising, kebisingan dari lingkungan muncul sebagai offset pada kedua input lead, menjadikannya sinyal tegangan mode umum. CMRR instrumen pengukuran menentukan atenuasi yang diterapkan pada offset atau noise. "

— krb686

Baik umum karena sinyal secara harfiah adalah input yang umum (muncul pada keduanya). Sejauh mode saya tidak tahu, karena itu tidak merujuk ke "mode" bahwa IA beroperasi atau apa pun seperti itu. Lihatlah gambar ini. m.eet.com/media/1138273/17407-figure_4.pdf Itu bisa menjelaskannya dengan baik. Ada 3 jenis sinyal "mode umum". Ada ELC, kebisingan AC umum. eGD, di mana tanah mengambang, atau Eos, di mana pengemudi mengimbangi tegangan tertentu. IA membutuhkan CMRR yang baik, atau rasio penolakan mode umum, untuk menghindari kesalahan yang terkait dengan sinyal umum tersebut.

— krb686

Ya jika Anda melihat diagram Anda, semua yang dilakukannya adalah memperkuat perbedaan dari output sensor. Jadi katakanlah sirkuit ini berada di perangkat seluler, di mana tidak ada koneksi ground lokal yang nyata, maka seluruh sensor dan sirkuit mungkin mengambang di atas tanah yang sebenarnya, ditunjukkan oleh Vcm.

— krb686

Namun kedua input terpapar kebisingan saat itu. Mengapa kebisingannya tidak dibatalkan? Kenapa masih ada Vcm yang menyebalkan di sana?

— user16307

Jawaban:

Tegangan mode umum adalah offset tegangan yang "umum" untuk input inverting dan noninverting (yaitu "+" dan "-") dari amp instrumentasi. Penguat instrumentasi diatur sebagai penguat perbedaan, sehingga mengukur perbedaan antara dua input ini dan karenanya menolak tegangan apa pun yang umum untuk keduanya. Dengan kata lain, jika Anda memiliki dua sinyal v1 (t) dan v2 (t) pada dua input:

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

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

apa yang akan diukur amp instrumentasi adalah:

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

Perhatikan bahwa Vcm (t) (tegangan mode umum yang muncul di kedua sinyal input) dibatalkan. Perhatikan juga bahwa ini tidak harus berupa sinyal DC, tetapi dapat bervariasi sesuai waktu.

Sekarang mengapa kita peduli dengan tegangan mode umum saat memilih penguat perbedaan? Seperti yang dikatakan orang lain, ada dua karakteristik utama dari penguat untuk dipertimbangkan, rasio penolakan mode-umum (CMRR) dan kisaran mode umum.

CMRR penting karena penguat instrumentasi bukan penguat perbedaan yang ideal. Penguat perbedaan ideal akan menolak 100% tegangan mode umum dalam sinyal input, dan hanya akan mengukur perbedaan antara kedua sinyal. Dalam amp instrumen dunia nyata, ini tidak terjadi, dan ada jumlah (mode biasanya sangat sangat kecil) yang dapat diukur dari tegangan mode-umum pada input yang masuk ke output.

Rentang mode-umum penting, karena membatasi seberapa jauh dari ground sinyal input yang diukur dapat. Ini adalah batas karena biasanya Anda tidak dapat mengukur sinyal di luar tegangan suplai (sering disebut sebagai "rel) dari amplifier. Ada pengecualian untuk ini, tetapi secara umum voltase dari masing-masing sinyal input harus tetap dalam rel suplai dari Jadi jika Anda memasok amplifier Anda dengan rel +/- 12V, Anda mungkin tidak dapat mengukur perbedaan antara dua sinyal dengan offset mode-umum 15V, bahkan jika perbedaan antara kedua sinyal hanya 20mV. Misalnya, jika dua sinyal Anda sepenuhnya DC dan:

V1 = 15 + 0,010

V2 = 15 - 0,010

Vo = V1 - V2 = 0,020

Anda tidak akan dapat mengukur ini jika amplifier instrumentasi Anda memiliki kisaran mode umum +/- 12V.

— Robert Ussery
sumber

Definisi Anda hanya cocok dengan cara biasa mendefinisikan tegangan mode umum jika .

f_{1} (t) = - f_{2} (t)

$f_1(t)=-f_2(t)$

— The Photon

@Robert Ussery yang merupakan penjelasan paling jelas sampai sekarang saya temukan

— user16307

Kami sebenarnya berbicara tentang representasi ruang vektor. Kita mencari ruang 2 dimensi yang ditentukan oleh dua tegangan input <v1, v2> . Beralih ke basis <vcm, f1, f2> berarti menggunakan basis 3-elemen untuk mewakili ruang 2-dimensi dan karenanya melibatkan peringkat <vcm, f1, f2> adalah 2 dan elemen-elemennya tidak bebas linear (mis. Orthogonal ) lebih lama lagi. Benar-benar bukan ide yang bagus, menjadi orthogonal sangat menyederhanakan banyak perhitungan. Basis @ThePhoton <vcm, vd> adalah apa yang harus digunakan sebagai gantinya: ini adalah 2-dimensi dan bebas linear

— carloc

Katakanlah sebuah sirkuit memiliki dua input, dan , kita dapat secara matematis menguraikan ini menjadi mode-umum dan bagian diferensial , membuat dua sirkuit di bawah ini setara: $v_1(t)$ $v_2(t)$

skema

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Agar sirkuit ini setara, kita perlu memiliki

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

$V_d = V_1 - V_2$ .

Dan kita sebut yang tegangan mode umum , dan kita sebut yang diferensial tegangan. $V_{cm}$ $V_d$

Mengapa ini penting?

Ketika berbicara tentang amp instrumentasi, kami lebih suka untuk mengekspresikan input dalam hal mode umum dan diferensial karena in-amp dirancang untuk memiliki gain tinggi untuk sinyal diferensial dan idealnya tidak ada respons terhadap sinyal mode umum.

Itu adalah

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

di mana adalah sinyal diferensial pada output, adalah sinyal diferensial pada input, dan A adalah gain dari amplifier. $V_{o-d}$ $V_{i-d}$

dan

$V_{o-cm} = V$

di mana V adalah beberapa tegangan yang tidak terkait dengan input.

— Foton
sumber

Apa VD dan VD / 2 dalam gambar Anda?

— user16307

VD adalah sinyal atau tegangan diferensial. VD / 2 adalah setengah dari VD.

— The Photon

u menulis "Ketika berbicara tentang amp instrumentasi kami lebih suka untuk mengekspresikan input dalam hal mode umum dan diferensial karena in-amp dirancang untuk memiliki gain tinggi untuk sinyal diferensial dan idealnya tidak ada respons terhadap sinyal mode umum.". tapi saya tidak mengerti. pada kenyataannya hanya ada satu sinyal pada setiap saat untuk setiap input. apa maksudmu mereka tidak memiliki respons terhadap tegangan cm?

— user16307

"tidak ada respons terhadap sinyal mode umum" berarti jika input + dan - berubah dengan cara yang sama maka output tidak boleh berubah. Misalnya jika kedua input naik 10 mV, output tidak akan berubah. Jika kedua input turun 5 mV, output tidak akan berubah

— The Photon

Saya mungkin salah, tetapi jawaban Anda terlihat salah dan bersalah dengan asumsi yang sama dengan yang Anda sebutkan di bawah jawaban teratas (bahwa komponen diferensial sama dan berlawanan). Bagian diferensial dapat berupa sinyal apa saja yang naik pada tegangan yang sama untuk kedua input dan tidak harus Vd / 2. Sama seperti input -5V pada 15V dan 2V pada 15V akan menghasilkan output yang sama dengan input -4V pada 15V dan 3V pada 15V . Jadi saya tidak mengerti bagaimana diagram op-amp kedua dan persamaan pertama Anda valid. Kecuali jika kita hanya mementingkan Vcm yang diasumsikan sebagai Vcm asli hanya dapat ditentukan secara empiris (?).

— SoreDakeNoKoto

tegangan mode umum tidak lain adalah offset @ yang mana sinyal diff bergerak di atas referensi umum yaitu Ground. Jadi, tegangan CM memiliki signifikansi dari sudut pandang operasi op amp tetapi tidak berdampak pada sinyal diff yang ditafsirkan @ penerima karena penerima hanya mengukur perbedaan antara dua sinyal.

— Oshi
sumber

RE: "tidak membuat dampak apa pun". Itu hanya benar jika receiver Anda memiliki penolakan mode umum yang sempurna.

— The Photon