¿Qué significa el voltaje de modo común en un amplificador de instrumentación?

El voltaje de modo común es un desplazamiento de voltaje que es "común" a las entradas tanto de inversión como de no inversión (es decir, "+" y "-") del amplificador de instrumentación. Un amplificador de instrumentación se configura como un amplificador de diferencia, por lo que mide la diferencia entre estas dos entradas y, por lo tanto, rechaza cualquier voltaje que sea común para las dos. En otras palabras, si tiene dos señales v1 (t) y v2 (t) en las dos entradas:

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

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

lo que medirá el amplificador de instrumentación es:

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

Tenga en cuenta que Vcm (t) (el voltaje de modo común que aparece en ambas señales de entrada) se cancela. También tenga en cuenta que esto no tiene que ser una señal de CC, pero puede variar con el tiempo.

Ahora, ¿por qué nos importa el voltaje de modo común cuando seleccionamos un amplificador de diferencia? Como otras personas han dicho, hay dos características clave del amplificador a tener en cuenta: la relación de rechazo en modo común (CMRR) y el rango del modo común.

El CMRR es importante porque el amplificador de instrumentación no es un amplificador de diferencia ideal. Un amplificador de diferencia ideal rechazaría el 100% del voltaje de modo común en las señales de entrada y solo mediría la diferencia entre las dos señales. En un amplificador de instrumentos del mundo real, este no es el caso, y hay una cantidad medible (aunque típicamente muy muy pequeña) del voltaje de modo común en la entrada que entra en la salida.

El rango del modo común es importante porque limita la distancia a tierra que pueden estar las señales de entrada medidas. Esto es un límite porque normalmente no se pueden medir señales fuera de los voltajes de suministro (a menudo denominados "rieles") del amplificador. Hay excepciones a esto, pero en general el voltaje de cada señal de entrada debe permanecer dentro de los rieles de suministro de El amplificador. Entonces, si está suministrando rieles de +/- 12 V a su amplificador, es posible que no pueda medir la diferencia entre dos señales con un desfase de modo común de 15 V, incluso si la diferencia entre las dos señales es de solo 20 mV. Por ejemplo, si sus dos señales son completamente de CC y son:

V1 = 15 + 0.010

V2 = 15 - 0.010

Vo = V1 - V2 = 0.020

No podría medirlos si su amplificador de instrumentación tuviera un rango de modo común de +/- 12V.

Supongamos que un circuito tiene dos entradas, \ $ v_1 (t) \ $ y \ $ v_2 (t) \ $, podemos descomponer matemáticamente esto en un modo común y diferencial parte , haciendo que los dos circuitos por debajo sean equivalentes:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Para que estos circuitos sean equivalentes, necesitamos tener

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

\ $ V_d = V_1 - V_2 \ $.

Y llamamos a \ $ V_ {cm} \ $ el voltaje de modo común , y llamamos a \ $ V_d \ $ el diferencial .

¿Por qué es importante?

Cuando hablamos de amplificadores de instrumentación, preferimos expresar la entrada en términos de modo común y diferencial porque los amplificadores de entrada están diseñados para tener una alta ganancia para señales diferenciales y, idealmente, no responder a las señales de modo común.

Eso es

\ $ V_ {dd} = A V_ {i-d} \ $

donde \ $ V_ {od} \ $ es la señal diferencial en la salida, \ $ V_ {id} \ $ es la señal diferencial en la entrada, y A es la ganancia de amplificador.

y

\ $ V_ {o-cm} = V \ $

donde V es un voltaje no relacionado con las entradas.

el voltaje de modo común no es más que el desplazamiento @ al que la señal de diferencia está viajando por encima de una referencia común, es decir, a tierra. Por lo tanto, el voltaje del CM tiene importancia desde el punto de vista del funcionamiento del amplificador operacional, pero no tiene ningún impacto en la interpretación de la señal de diferencias en el receptor porque el receptor solo mide la diferencia entre las dos señales.