Cómo se genera la señal de modo común en el amplificador diferencial

El amplificador diferencial amplifica la diferencia entre las señales en el terminal + ve y el terminal negativo. Y no, no generan señales de modo común, sino que las bloquean

Es decir, Vout = Adiff (Vplus - Vminus). Adiff es la ganancia con la que se amplifica y normalmente un amplificador diferencial tiene una ganancia diferencial de 30-45 Db.

Cuando tanto el terminal + ve como el terminal negativo del amplificador reciben la misma tensión, ya que Vout es solo una versión escalonada de la diferencia entre la entrada en los 2 terminales, se convierte en 0. Por ejemplo, deje que Vcommon sea el voltaje en el terminal -ve y + ve, ahora cuando haga Vout = Adiff (Vplus - Vminus) = Adiff (Vcommon - Vcommon) = 0. Dado que el ruido es común tanto en el terminal -ve como en el + ve del amplificador diferencial, se cancela y, por lo tanto, los amplificadores diferenciales se ven menos afectados por las señales / ruido en modo común. Aunque esto es en teoría, en la práctica, todos los amplificadores diferenciales se ven ligeramente afectados por las señales / ruido de modo común. Amplifican la señal de modo común en una cantidad muy pequeña y esto se debe a los desajustes internos en el diseño del transistor interno opamps. Esto se denomina ganancia de modo común del amplificador diferencial. Un buen amplificador de dif tiene una ganancia de modo común muy baja. CMRR es la relación de rechazo del modo común que indica exactamente esto sobre lo bien que un amplificador diferencial rechaza la señal del modo común.

La imagen de abajo muestra la configuración del amplificador diferencial y las resistencias actúan como un medio para controlar la ganancia Adiff.

Un amplificador operacional convencional a veces se modela como:

\ $ V_ {OUT} = A_V (Vin ^ + - Vin ^ -) \ $ donde Av es un número positivo grande (ganancia de bucle abierto).

Se trata del modelo de amplificador operacional no ideal más simple.

Una mejora es agregar otro término para dar cuenta del hecho de que el amplificador operacional se preocupa un poco por lo que realmente son los dos voltajes en lugar de solo la diferencia entre ellos.

Entonces obtenemos:

\ $ V_ {OUT} = A_V ((Vin ^ + - Vin ^ -) + Ac (\ frac {Vin ^ + + Vin ^ -} {2})) \ $

Donde Ac es la ganancia de modo común referida para la entrada, y para un buen amplificador operacional será < < 1.

Por ejemplo, el antiguo tipo de precisión OP-07 tiene una DC común relación de rechazo de modo (CMRR) de 120dB típica, por lo que un cambio de 1V en el voltaje de modo común es equivalente a una diferencia de 1uV en las entradas. La ganancia de bucle abierto suele ser de 400,000, por lo que representaría un cambio de 400 mV en la salida, en teoría.

Para una ganancia de lazo cerrado razonable de (digamos) 100, solo obtendrá un cambio de 100uV en la salida, que es pequeño pero a menudo significativo.

Si observa un amplificador diferencial fabricado con un amplificador operacional como lo ha demostrado @Bhuvanesh, el CMRR dependerá principalmente de la coincidencia de las resistencias. En el ejemplo de un amplificador de ganancia de 100, una falta de coincidencia de 0.01% en los valores de la resistencia abrumará completamente el rechazo del op-amp.

Modo común significa una señal que es igual = igual en AMBOS lados del par diferencial. Una señal de modo común es NOISE no deseado. Así que usamos una entrada de amplificador diferencial (o un transformador) para RECHAZAR las señales en modo común. El ruido proviene de la interferencia que llega al cable a lo largo de la ruta desde la fuente. No se "genera", es un artefacto accidental de pasar por el mundo real.