仪表放大器中共模电压代表什么？

我正在阅读有关仪表放大器的文章。我找不到任何简单的解释，真正的共模电压意味着什么及其重要性。

共模电压是仪表放大器的反相和同相输入（即“ +”和“-”）“共”的电压偏移。仪表放大器被设置为差动放大器，因此它可以测量这两个输入之间的差，因此可以拒绝这两个公共的任何电压。换句话说，如果在两个输入上有两个信号v1（t）和v2（t）：

v1（t）= f1（t）+ Vcm（t）

v2（t）= f2（t）+ Vcm（t）

仪表放大器将要测量的是：

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

请注意，Vcm（t）（出现在两个输入信号中的共模电压）被抵消了。另请注意，这不一定是直流信号，但会随时间变化。

现在，为什么选择差动放大器时要关心共模电压？正如其他人所说，放大器要考虑两个关键特性：共模抑制比（CMRR）和共模范围。

CMRR很重要，因为仪表放大器不是理想的差动放大器。理想差动放大器会抑制输入信号中100％的共模电压，并且只会测量两个信号之间的差。在实际的仪表放大器中，情况并非如此，输入到输出的输入上存在可测量（尽管通常非常小）的共模电压。

共模范围很重要，因为它限制了测得的输入信号与地面的距离。这是一个限制，因为通常您不能测量超出放大器电源电压（通常称为“电压轨”）的信号，但有例外，但通常每个输入信号的电压必须保持在放大器的电源电压之内。因此，如果为放大器提供的电压轨为+/- 12V，则即使两个信号之间的差仅为20mV，也可能无法以15V的共模偏移测量两个信号之间的差。例如，如果您的两个信号完全是直流信号并且是：

V1 = 15 + 0.010

V2 = 15-0.010

Vo = V1-V2 = 0.020

如果仪表放大器的共模范围为+/- 12V，则将无法测量这些值。

假设电路有两个输入， $v_1(t)$ 和 $v_2(t)$，我们可以在数学上将其分解为共模和差分部分，使下面的两个电路等效：

^{模拟此电路 –使用CircuitLab创建的原理图}

为了使这些电路等效，我们需要

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

$V_d = V_1 - V_2$。

我们打电话 $V_{cm}$在共模电压，并呼吁$V_d$的差分电压。

它为什么如此重要？

在谈到仪表放大器时，我们更喜欢用共模和差分来表示输入，因为仪表放大器被设计为对差分信号具有高增益，并且理想情况下对共模信号没有响应。

那是

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

哪里 $V_{o-d}$ 是输出端的差分信号， $V_{i-d}$是输入端的差分信号，A是放大器的增益。

和

$V_{o-cm} = V$

其中V是与输入无关的某个电压。

共模电压仅是偏移量，差分信号在偏移量之上传播，该偏移量高于公共基准电压，即接地。因此，从运算放大器的工作角度来看，共模电压具有重要意义，但对接收器解释的差分信号没有任何影响，因为接收器仅测量两个信号之间的差。