¿Por qué se necesita un electrodo de TIERRA con un amplificador referencial?

Los amplificadores diferenciales, como los amplificadores de instrumentación, con o sin búferes de ganancia unitaria, tienen un cierto rango de trabajo para el voltaje de modo común.

Engeneral,dejarándefuncionarsialgunadelastensionesdeentradaseacercademasiadoalosrielesdelafuentedealimentación.Porejemplo,enelcasode INA117 , ambos voltajes de entrada debe estar dentro del rango de V + -4V a V- + 4V, por lo tanto, si tiene suministros de +/- 10V, cada entrada debe estar dentro del rango de +/- 6V. También hay nodos internos en los amplificadores de instrumentación que pueden saturarse. Aquí hay algunas curvas para el INA118 que muestran los voltajes de entrada permisibles:

La conexión a tierra de referencia garantiza que las entradas permanezcan dentro del rango del modo común para un funcionamiento adecuado y minimiza la tensión de CA del modo común. Este último aparecerá en la salida incluso si las entradas permanecen dentro del rango del modo común, atenuadas por la relación de rechazo del modo común (CMRR).

Después de ver algunos esquemas: (Google: "circuito amplificador fisiológico" y seleccione la pestaña Imágenes), este es un ejemplo:

Muchos amplificadores usan A-R directamente similar a los amplificadores de instrumentación. La conexión a tierra puede ser necesaria para:

• blindaje alrededor de las señales A y R para evitar el acoplamiento al ruido externo como otros equipos.

• seguridad: ya que el amplificador debe estar aislado de la red (para evitar electrocutar al paciente), cualquier acumulación de carga no puede escapar sin una conexión a tierra. Si hubiera un cargo presente, podría escapar a través del paciente, no dañino pero aún así desagradable.

• seguridad: si el aislamiento de la red falla en el amplificador, la conexión a tierra evita que la tensión de la red llegue al paciente.

El motivo es en realidad debido a los búferes.

Un amplificador diferencial simple no se preocupa por el punto de referencia de la entrada. Sin ninguna otra referencia común, todo lo que importa es la diferencia entre las entradas positivas y negativas. La diferencia, por supuesto, tiene que estar dentro del rango tolerable de las entradas.

Observe que en el circuito a continuación, la salida es correctamente -1V.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

¿Por qué es eso?

En general, la etapa de entradas de todos los amplificadores operacionales se ve básicamente como esto ...

Esaeslaentradaesuncircuitobalanceado.Eseequilibriosealteraporcualquierdiferenciadetensión/corrienteaplicadaentrelasdosentradas.Elpuntodereferenciaparaesasentradases,enrealidad,launiónentreesosdosemisores.Comotal,latensiónaplicadanonecesitaserreferenciadaatierrasiemprequelasdosentradasesténreferenciadasentresí.Deberíapodervercómodebeseraceptablecolocarunabateríaentrelospinesmásymenosenestecircuito.

Elbúferporotroladonecesitaunareferencia.

Obviamente,elcircuitoacontinuación,queconectaunvoltajesinreferencia,aunbúferunitarionotienesentido.

^{simular este circuito}

Pero, ¿qué tal esto ...

^{simular este circuito}

De hecho, lo que termines aquí dependerá del op-amp. Algunos pueden obtener lo que usted espera de + 0.5V en uno -0.5V en el otro, otros pueden llegar a uno o ambos lados. Todo será muy sensible a cualquier ruido.

Entonces, ¿qué significa todo eso?

^{simular este circuito}

Significa que un amplificador diferencial estándar mide la diferencia de voltaje \ $ Vr \ $. Un amplificador de instrumentación mide \ $ V_a - V_b \ $. Matemáticamente eso puede ser lo mismo, eléctricamente, no lo es.

Toca la punta de una sonda de alcance de 10 Mhm y es probable que veas 100 o 200 voltios a 50 o 60 Hz; Usted es la antena, la segunda placa del condensador que se carga de todos los cables de la línea eléctrica que lo rodean. Un amplificador fisiológico tiene la misma entrada, 100 o 200 voltios, más la pequeña señal de interés. Ese GND (a su tobillo) reduce grandemente el voltaje no deseado.