計装アンプのコモンモード電圧は何を表していますか？

計装アンプについてのテキストを読んでいました。コモンモード電圧の意味とその重要性について、簡単な説明はありませんでした。

コモンモード電圧は、計装アンプの反転入力と非反転入力（つまり「+」と「-」）の両方に「共通」である電圧オフセットです。計装アンプは差動アンプとして設定されているため、これらの2つの入力間の差を測定し、2つの入力に共通する電圧を除去します。つまり、2つの入力に2つの信号v1（t）とv2（t）がある場合：

v1（t）= f1（t）+ Vcm（t）

v2（t）= f2（t）+ Vcm（t）

計装アンプが測定するものは次のとおりです。

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

Vcm（t）（両方の入力信号に現れるコモンモード電圧）がキャンセルされることに注意してください。これはDC信号である必要はありませんが、時間とともに変化する可能性があることにも注意してください。

では、なぜ差動アンプを選択するときにコモンモード電圧を気にするのでしょうか？他の人々が言っ​​たように、考慮すべき増幅器の2つの重要な特性、コモンモード除去比（CMRR）とコモンモード範囲があります。

計装アンプは理想的な差動アンプではないため、CMRRは重要です。理想的な差動アンプは、入力信号の同相電圧を100％拒否し、2つの信号間の差のみを測定します。実際の計測器アンプでは、これは当てはまりません。出力に入る入力には、測定可能な（通常は非常に小さい）コモンモード電圧があります。

コモンモード範囲は、測定された入力信号が地面からどれだけ離れているかを制限するため、重要です。これは制限です。通常、アンプの電源電圧（「レール」と呼ばれることが多い）の外部の信号を測定することはできません。これには例外がありますが、一般に、各入力信号の電圧は、したがって、アンプに+/- 12Vのレールを供給している場合、2つの信号間の差がわずか20mVであっても、コモンモードオフセットが15Vの2​​つの信号間の差を測定できない場合があります。たとえば、2つの信号が完全にDCであり、次の場合：

V1 = 15 + 0.010

V2 = 15-0.010

Vo = V1-V2 = 0.020

計装アンプのコモンモード範囲が+/- 12Vの場合、これらを測定することはできません。

回路に2つの入力とがあるとすると、数学的にこれをコモンモード部分と差動部分に分解して、以下の2つの回路を等価にすることができます。$v_1(t)$$v_2(t)$

^{この回路のシミュレーション – CircuitLabを使用して作成された回路図}

これらの回路を同等にするためには、

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

$V_d = V_1 - V_2$。

そして、我々は呼んでコモンモード電圧を、私たちは呼んで差動電圧。$V_{cm}$$V_d$

どうしてそれが重要ですか？

計装アンプについて話すとき、計装アンプは差動信号に対して高いゲインを持ち、理想的にはコモンモード信号に応答しないように設計されているため、コモンモードと差動の観点から入力を表現することを好みます。

あれは

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

ここで、は出力の差動信号、は入力の差動信号、Aはアンプのゲインです。$V_{o-d}$$V_{i-d}$

そして

$V_{o-cm} = V$

ここで、Vは入力に関係しない電圧です。

コモンモード電圧は、diff信号がコモンリファレンス、つまりグラウンドを超えて移動するオフセット@にすぎません。したがって、CM電圧はオペアンプの動作の観点から重要ですが、レシーバーは2つの信号間の差を測定するだけなので、レシーバーで解釈されるdiff信号に影響を与えません。