¿Puedes sumar y diferenciar en un solo amplificador operacional?

Quiero tomar dos señales diferenciales independientes (entradas de línea de audio con propiedades desconocidas que pueden estar presentes o no), eliminar cualquier ruido de modo común de cada una de ellas (cada una podría tener un ruido de modo común diferente), luego sumar las señales deseadas juntos. Creo que puedo hacer todo esto con 1 amplificador operacional. (En realidad, quiero generar la señal deseada de manera diferencial, por lo que usaré dos de estos con polaridad de salida invertida).

ingrese la descripción de la imagen aquí

Puede asumir Rfeedback = Rground y todas las resistencias de entrada son iguales. Entonces creo que la salida es:

V o tu t = R F R i norte ( A + B )

con todo el ruido de modo común cancelado. ¿Correcto?

¿Hay algún problema con esta configuración de amplificador operacional?

Esta página lo llama un "operador lineal genérico":

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Se reducirá el CMRR sumando el nodo no inversor o algo así? Hice los cálculos y las fuentes de CM están completamente canceladas en Vout, pero me siento vagamente incómodo al respecto. :)

La impedancia de entrada de las entradas inversoras varía con la señal, como se explica aquí , pero no debería importar siempre que sea mucho mayor que la impedancia de la fuente. La impedancia de modo común es la parte importante y debe ser la misma para todos los pares de entrada.

Si no estuviera tratando de hacerlo todo en uno, usaría dos amplificadores diferenciales seguidos de un amplificador sumador (seguido de un inversor para la salida diferencial). ¿Ese método tiene algún beneficio sobre el método de amplificador operacional único?

Respuestas (3)

Un problema potencial que veo con este enfoque es que, dado que las entradas del amplificador operacional no permanecerán en un voltaje fijo, parte del voltaje que se ve en las entradas de "suma" de su circuito será "visible" en todas las entradas (suma y diferencia por igual). Si esas entradas no están siendo impulsadas por fuentes de baja impedancia, eso podría plantear un problema.

Un mejor diseño en algunos casos, si tiene el margen de fuente de alimentación para acomodarlo, puede ser hacer que las entradas de suma se alimenten a un amplificador cableado como inversor (con una entrada no inversora que se encuentra a un voltaje fijo), y tenga la salida de ese inversor alimentada como una de las entradas al amplificador que acepta todas las entradas de diferencia. Si sus entradas de suma y diferencia están destinadas a agruparse como pares diferenciales, este enfoque no será excelente (las entradas no inversoras fluirán a través de dos amplificadores operacionales mientras que las entradas inversoras solo fluirán a través de uno), pero su enfoque original no será cualquiera. Su mejor enfoque en ese caso sería pasar todas las entradas de suma a un amplificador inversor, todas las entradas de diferencia a otro amplificador y luego tomar la diferencia de las dos salidas, o bien pasar cada par diferencial por su propio amplificador de instrumentación y sumar los resultados. El uso de una instrumentación separada para cada par daría, con mucho, el mejor CMRR, pero, por supuesto, requeriría más amplificadores.

Ha diseñado 3 amplificadores diferenciales dentro de un amplificador operacional, pero el CMMR se reducirá del rango típico de 60 a 100 dB a 25 dB más o menos por las tolerancias de desajuste de todas sus resistencias del 1% que se suman. Si usa un estrangulador CM grande sobre todos los cables, esto puede ayudar significativamente. Tenga en cuenta que el voltaje diferencial en la entrada OA debe ser cero y la salida en el rango lineal.

Todo depende de cuánta supresión de CM necesite y sobre qué espectro.

Ese es un buen punto en el que no había pensado, pero cuando simulo, solo obtengo una diferencia de unos pocos dB entre un amplificador diferencial simple y un amplificador diferencial doble.
El CMRR podría degradarse mucho más que eso, si una de las entradas tiene una impedancia desequilibrada a tierra, pero poco o ningún ruido de modo común, y otra entrada tiene más ruido de modo común pero está balanceada. El desequilibrio en la primera entrada no importaría ya que allí hay poco ruido de modo común; el ruido en la segunda entrada no importaría por sí mismo, ya que está balanceado. Pero conecte ambas entradas y el rechazo de ruido de la segunda entrada se verá totalmente socavado por el desequilibrio de la primera entrada.
Sí, estoy de acuerdo y eso es principalmente una falta de coincidencia capacitiva como audio, pero las impedancias de las fuentes deben coincidir o referirse a impedancia cero y luego reducir el valor de la resistencia de entrada con redes capacitivas coincidentes, si desea seguir esta ruta.

Una manera fácil de verificar esto es calcular la ganancia de cada entrada a la salida por separado. Esto es fácil porque simplemente mantiene todas las demás entradas en 0. Si la ganancia negativa de cada canal es exactamente lo contrario de la ganancia positiva de ese canal, entonces teóricamente se ha eliminado el componente de modo común.

Al hacer esto, puede ver que el único efecto de las entradas adicionales es que actúan como divisores de voltaje adicionales que reducen la ganancia de cada entrada. Siempre que esto se tenga en cuenta correctamente con los valores de resistencia, esto debería funcionar.

Hubiera hecho un ejemplo que ilustrara el punto, pero dado que no puso los designadores de componentes en su esquema, esto sería demasiado confuso.

¿Puedes sumar y diferenciar en un solo amplificador operacional?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v