Reste Diff-Signal (rango de milivoltios) además del voltaje de modo común (voltios) con opamp: muy impreciso

Construí un circuito sustractor como se muestra aquí con 10k cada resistencia. Ahora quiero medir la corriente usando una derivación entre las dos entradas y dejando que la corriente fluya a través de ella, mira aquí , figura 4, la única diferencia es que mi voltaje de referencia no es GND sino 8V.

El voltaje en la derivación está en la región de 10 mV, el voltaje de modo común oscila entre GND y aproximadamente 20 V.

Idealmente, esto debería suceder: por ejemplo (corriente de 10 mA, resistencia de derivación de 1 ohmio) 10 mA x 1 ohmio = 10 mV en derivación. Sea R_Load 100 Ohm-> 100 Ohm x 10mA = 1V. Entonces tendríamos en el extremo inferior de la derivación 1V y en el extremo superior 1.01V, la diferencia es de 10mV. Dado que todas las resistencias en el amplificador diferencial (DA) son iguales y la referencia es de 8 V, deberíamos obtener una salida de 8 V + 10 mV, ¿verdad? Si cambiamos la carga para decir 1k, tendríamos un voltaje de modo común de 10 V a 10 mA y aún así la salida del DA debería seguir siendo la misma, 8.01 V, ¿verdad? Pero este no es el caso, sino que diferentes CommonModeVoltages (CMV) dan como resultado voltajes de salida drásticamente diferentes (es decir, la diferencia en la derivación no se multiplica por uno para todos los CMV, sino que se altera mucho).

¿Porqué es eso?

Sospeché que el rechazo de modo común del Opamp no era bueno, pero: al usar un TL082 tenemos 80dB CMRR, significa 10 ^ 4 = 10000, lo que debería significar que un voltaje de modo común agregado a la señal de diferencia debería tener un efecto de 2mV para un CMV-Swing de 20V, verdad?

Sin embargo, la diferencia en la salida es mucho mayor (inútilmente grande). ¿Alguien tiene una explicación para eso?

Cuando usé un amplificador de instrumentación INA122, el problema se resolvió por completo. Todavía no entiendo el problema.

Con resistencias perfectamente combinadas, este problema desaparecerá.

Respuestas (1)

Considere el efecto de una pequeña discrepancia entre los valores de la resistencia (en realidad, la discrepancia entre dos relaciones de resistencia es lo importante).

Si usó resistencias del 1%, la entrada no inversora puede tener un 1% de descuento en el peor de los casos, y la retroalimentación también, por lo que podría ver un error de hasta el 2% del voltaje de modo común. A 20 V, eso es 400 mV, o 40 veces su señal de escala completa. Lo más probable es que sea un poco menos en la práctica, pero probablemente más del 1000% de error.

Si bien podría comprar redes de resistencia de 0.01% muy caras, aún tendría un error del 4% e incluso un pequeño cambio con la temperatura causaría un gran error en la salida. Es por eso que ese tipo de amplificador diferencial generalmente no se usa cuando la señal es pequeña en comparación con el voltaje de modo común: la sensibilidad a las tolerancias de los componentes es demasiado grande.

Puede usar la configuración clásica de tres amplificadores en el amplificador y evitar comprar una pieza comercial; la clave es tener suficiente amplificación en la primera etapa (R1/Rgain) para que las relaciones de resistencia en el amplificador de salida no sean demasiado críticas. Además, tenga cuidado con la saturación.

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Además, esto no es una gran fuente de error, pero tenga en cuenta que las entradas del amplificador tienen un consumo de corriente. Si coloca la inversión en el lado bajo de la derivación, la carga parece 20 K a tierra (1 mA), por lo que medirá esa corriente (pero no los 1 mA que consume la otra entrada, ya que no pasa por la derivación). Los amplificadores de instrumentación tienen entradas de alta impedancia, por lo que la corriente de error probablemente sea de 5 a 7 órdenes de magnitud menor.

Ok, creo que lo que dices es la respuesta a mi pregunta, pero no entiendo lo que quieres decir. ¿Podría por favor ampliar el segundo párrafo? ¿Qué valores de resistencias debo agregar un Delta-R para ver el fenómeno que describe? Algo como: "Agregue uno por ciento a R_x y calcule para U_CM 20V y 1V y vea qué sucede". ¿Qué cálculo debo hacer?
El peor de los casos es R1,R4 alto y R2,R3 bajo (o R1,R4 bajo y R2,R3 alto - misma magnitud de error en la salida pero signo opuesto). Conecte esos valores y calcule el voltaje de salida con voltaje de derivación cero.
Esto es lo que haré. Muchas gracias. Sin embargo, el problema no es intuitivo, ya que los errores se amplifican tanto. Mi primera intuición fue que un ligero desajuste en las resistencias solo afectaba el factor de amplificación de la diferencia de voltaje (lo que no habría sido un problema). Esta idea hace que el modelo de tres amplificadores que publicaste sea superior de una manera que no sabía. Solo pensé que la única ventaja era la impedancia de entrada. De todos modos, este problema debería resaltarse más al explicar los DA, ya que hace que el DA sea prácticamente inútil para algunas aplicaciones.
Estoy de acuerdo en que es necesario enfatizar las sensibilidades a las tolerancias de los componentes (y su condicionamiento numérico primo digital).
Reste Diff-Signal (rango de milivoltios) además del voltaje de modo común (voltios) con opamp: muy impreciso
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