¿Cómo se configuran las entradas diferenciales en un amplificador diferencial?

Parece que estás sufriendo de un malentendido común acerca de lo que realmente hace útiles las entradas diferenciales. Cuando tenemos entradas diferenciales, lo que realmente nos importa es que las impedancias de cada mitad del par diferencial están balanceadas .

Demasiadas descripciones de este tipo de circuito ilustran una entrada diferencial con dos señales, con igual magnitud pero con polaridad opuesta, lo cual no está mal, pero no llama la atención sobre cómo funcionan realmente estos circuitos. Ejemplo:

Observequelaseñaldeentradasealimentaadosbuffers,unodeellosinvirtiendo.Puedehaceresto,ydehechoestaesunaseñalbalanceada,peronoesporqueelvoltajeenlaentrada"-" esté invertido: es porque (aparentemente) los dos buffers usados aquí tienen impedancias de salida iguales y las impedancias de entrada en el diferencial Los amplificadores son iguales. Aquí hay algunos ejemplos más:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Aunque tanto A como B tienen voltajes en la entrada del amplificador diferencial que son iguales en magnitud pero opuestos en fase, B no está balanceado . Esto se debe a que las impedancias de línea (establecidas por R3 y R4) no son iguales. Cuando esta línea diferencial está sujeta al ruido de una fuente externa, se inducirán voltajes desiguales en cada mitad del par diferencial, y por lo tanto el ruido no será de modo común, y no será rechazado por el amplificador diferencial.

Por otra parte, D representa un caso típico de una señal de referencia única conectada a tierra. D tampoco está equilibrado, porque nuevamente las impedancias no son iguales. Sin embargo, C presenta los mismos voltajes a la entrada diferencial, pero C está balanceado, porque las impedancias son iguales . Aunque la señal (representada por V3) no está "centrada" en tierra, y los voltajes resultantes en U8 contienen la señal en modo diferencial, más la mitad de la señal en modo común, esto todavía está equilibrado. La señal aún está amplificada y el ruido aún se rechaza, lo que es justo lo que quieres.

En cuanto a lo que encontrará en la práctica, la respuesta es que puede encontrar cualquiera de las dos. Cada uno de A y C puede funcionar bien, dependiendo de los requisitos de la aplicación. (¿Qué rango de frecuencias? ¿Cuánto rango dinámico es necesario?) Si entiendes por qué son útiles los amplificadores diferenciales, y qué es realmente una señal balanceada, te darás cuenta de que no importa el voltaje de modo común en las entradas del receptor. p>     

En todas las aplicaciones menos sensibles, la ganancia en modo común de un amplificador diferencial es tan pequeña que puede considerarse cero. Por lo general, hay otras fuentes de ruido que son un problema mayor.

Sin embargo, también parece que se está preguntando si generalmente se tiene cuidado de mantener el voltaje de modo común en cero. La respuesta es: generalmente no.

Es bastante razonable tener una señal "diferencial" donde uno de los voltajes es siempre 0 V, y el otro es la señal. Esto no es realmente diferente de una señal de voltaje común con referencia a tierra (no diferencial), excepto que cuando lo trata como diferencial, también implica que se está cuidando de igualar las impedancias de ambas entradas. Si no haces esto, el ruido inducido no será de modo común, y no tiene mucho sentido utilizar un amplificador diferencial.

Por ejemplo, considere este controlador de línea de audio equilibrado:

(de Elliott Sound Products , le sugiero que lea el artículo. Este es realmente un diseño muy común en equipos de audio profesional).

El pin 2 y el pin 3 están diseñados para ir a un receptor diferencial en el otro extremo. Sin embargo, te darás cuenta de que el pin 3 siempre es 0V. También notará que está conectado a través de tierra a través de R3 , que existe para hacer que la impedancia de esta señal sea igual a la impedancia de salida del amplificador operacional, que se establece mediante R2. .

Si simplemente conectamos el pin 3 directamente a tierra, entonces la salida de voltajes se verá igual, pero no tenemos audio "balanceado", porque las impedancias de pin2 y pin3 no serán iguales, y el ruido captado por el el cable no será de modo común, y no podrá ser rechazado por el receptor en el otro extremo.

Si lo piensas bien, esto envía una señal de modo diferencial, pero también envía una señal de modo común que siempre es la mitad de la señal de modo diferencial. Es decir, si queremos generar 5V, entonces:

$$ \ begin {align} V_ {pin2} & = 5V \\ V_ {pin3} & = 0V \\ V_ {dm} & = 5V \\ V_ {cm} & = 2.5V \ end {align} $$

Que también hay un voltaje de modo común realmente no importa. La mayor parte será rechazada por el receptor en el otro extremo de todos modos, y lo poco que queda no es ruido, porque es lo mismo que la señal. Cualquier ganancia en modo común en el receptor simplemente se agrega a la ganancia en modo diferencial. Por supuesto, si el receptor tiene un rechazo pobre en modo común, será pobre en rechazar el ruido, pero el hecho de que nuestro controlador de línea también esté inyectando alguna señal de modo común no lo hace peor.

Una vez más, lo importante es esto: para señales diferenciales, mantenga las impedancias iguales . El resto es distracción.

Respuesta corta: las entradas \ $ V_1 \ $ y \ $ V_2 \ $ al amplificador producen un voltaje de salida que es una función de \ $ V_1 - V_2 \ $. Ahora, suponga que aumenta ambos voltajes de entrada exactamente en un voltio, es decir, aumente el voltaje de modo común en 1V. En un amplificador ideal , el voltaje de salida no cambia, pero en un amplificador actual , puede cambiar solo una pequeña cantidad. Este cambio de voltaje de salida es el CMRR.