大神帶你深刻認(rèn)識(shí)差模電壓和共模電壓

 我們需要的是整個(gè)有意義的“輸入信號(hào)”，要把兩個(gè)輸入端看作“整體”。

就像初中時(shí)平面坐標(biāo)需要用 x,y 兩個(gè)數(shù)表示，而到了高中或大學(xué)就只要用一個(gè)“數(shù)”v，但這個(gè) v 是由 x,y 兩個(gè)數(shù)構(gòu)成的“向量”……

而共模、差模正是“輸入信號(hào)”整體的屬性，差分輸入可以表示為vi = (vi+, vi-)

也可以表示為

vi = (vic, vid)

c 表示共模，d 表示差模。兩種描述是完全等價(jià)的。只不過(guò)換了一個(gè)認(rèn)識(shí)角度，就像幾何學(xué)里的坐標(biāo)變換，同一個(gè)點(diǎn)在不同坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值不同，但始終是同一個(gè)點(diǎn)。

運(yùn)放的共模輸入范圍：器件(運(yùn)放、儀放……)保持正常放大功能(保持一定共模抑制比 CMRR)條件下允許的共模信號(hào)的范圍。

顯然，不存在“某一端”上的共模電壓的問(wèn)題。但“某一端”也一樣存在輸入電壓范圍問(wèn)題。而且這個(gè)范圍等于共模輸入電壓范圍。

道理很簡(jiǎn)單：運(yùn)放正常工作時(shí)兩輸入端是虛短的，單端輸入電壓范圍與共模輸入電壓范圍幾乎是一回事。 對(duì)其它放大器，共模輸入電壓跟單端輸入電壓范圍就有區(qū)別了。例如對(duì)于儀放，差分輸入不是 0，實(shí)際工作時(shí)的共模輸入電壓范圍就要小于單端輸入電壓范圍了。

可以通俗的理解為：

兩只船靜止在水面上，分別站著兩個(gè)人，A和B。 A和B相互拉著手。當(dāng)船上下波動(dòng)時(shí)，A才能感覺(jué)到B變化的拉力。這兩個(gè)船之間的高度差就是差模信號(hào)。

當(dāng)水位上升或者下降時(shí)，A并不能感覺(jué)到這個(gè)拉力。 這兩個(gè)船離水底的絕對(duì)高度就是共模信號(hào)。

于是，我們說(shuō)A和B只對(duì)差模信號(hào)響應(yīng)，而對(duì)共模信號(hào)不響應(yīng)。當(dāng)然，也有一定的共模范圍了，太低會(huì)沉到水底，這樣船都無(wú)法再波動(dòng)了。太高，會(huì)使會(huì)水溢出而形成水流導(dǎo)致船沒(méi)法在水面上停留

理論上，A和B應(yīng)該只是對(duì)差模有響應(yīng)

但實(shí)際上，由于船上下顛簸，A和B都暈了，明明只有共模，卻產(chǎn)生了幻覺(jué)：似乎對(duì)方相對(duì)自己在動(dòng)。這就說(shuō)明，A和B內(nèi)力較弱，共模抑制比不行啊。說(shuō)笑了啊，不過(guò)大致也就是這個(gè)意思。 當(dāng)然,差模電壓也不可以太大，否則會(huì)導(dǎo)致把A和B拉開(kāi)。

主要是這句“共模是兩輸入端的算術(shù)平均值,差模是直接的同相端與反相端的差值”。

共模電壓應(yīng)當(dāng)是從源端看進(jìn)來(lái)時(shí)，加到放大電路輸入端的共同值，差模則是加到放大電路兩個(gè)輸入端的差值。

共模電壓有直流的，也有交流的。直流的稱(chēng)為直流共模抑制(比)，交流的稱(chēng)為交流共模抑制(比)，統(tǒng)稱(chēng)共模抑制(比)。一般的放大器特別是儀表放大器，有較好的直流共模抑制，但對(duì)交流共模抑制，頻率一高往往就不行了----急劇下降，即頻率響應(yīng)不行。

一般的信號(hào)均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破壞電路的對(duì)稱(chēng)性，因此，用差分放大器時(shí)要小心它引起的誤差。參考相關(guān)數(shù)據(jù)數(shù)冊(cè)。 不僅僅是在運(yùn)放電路中。只要是電信號(hào)傳輸，都可以分為共模和差模

差模是兩根信號(hào)線之間的

共模是信號(hào)對(duì)地的

所以只要有信號(hào)傳輸就有共模干擾

準(zhǔn)確說(shuō)是：一根線共模和差模疊加在一起，無(wú)法區(qū)分，只有雙線傳輸才能區(qū)分共模和差模 先看共模和差模的由來(lái)，也就是這種區(qū)分的價(jià)值

1. 傳導(dǎo)干擾下：

假設(shè)系統(tǒng)的公共參考點(diǎn)(“地”)受干擾，電位發(fā)生了波動(dòng)。其實(shí)電位這個(gè)概念嚴(yán)格說(shuō)只有相對(duì)意義，一個(gè)孤立點(diǎn)不存在什么“電位”，所以波動(dòng)一定要相對(duì)另一個(gè)參考點(diǎn)的，例如：大地，或與你的板子或整機(jī)相連的那個(gè)設(shè)備的參考點(diǎn)。這時(shí)，兩個(gè)設(shè)備間的兩根信號(hào)線上的干擾是近似相同的。

2. 空間耦合干擾下：

電磁波具有一定的空間連續(xù)性，在很小的空間內(nèi)，可以認(rèn)為電磁波是均勻的，如果兩根線靠得很近，兩根線所受干擾也是近似相同的。 按一般說(shuō)法，任意一根信號(hào)線相對(duì)地線所受干擾，就是共模干擾。但只有雙線傳輸時(shí)，共模和差模的區(qū)分才有價(jià)值。而且，一根線可以有“共模”，但沒(méi)有差模。

當(dāng)然，概念也是人為定的。要么按公認(rèn)說(shuō)法(事實(shí)標(biāo)準(zhǔn))，要么按權(quán)威定義，比如，IEEE標(biāo)準(zhǔn)。

下面我們?cè)賮?lái)舉個(gè)例子來(lái)看看：

差分運(yùn)放 一端加3 v 一端 2v

相當(dāng)于一端加vd=0.5

vc=2.5 一端加:

vd=-0.5

vc=2.5

任何一種信號(hào),都是共模與差模的復(fù)合，但是是什么決定了哪些是共模哪些是差模,就是看參考的信號(hào)了。單純的講一根線是沒(méi)有意義的，參考地其實(shí)只不過(guò)是以地為0信號(hào)。

如果一端是VI，那么地端相當(dāng)于共模信號(hào)為VI/2，差模信號(hào)為-VI/2，綜合起來(lái)就為0了

而任意參考位為V2的話，VI里面的共模量應(yīng)為(V1+V2)/2，差模量為(V1-V2)/2

另一端相當(dāng)于共模量(V1+V2)/2，差模量為-(V1-V2)/2，差模與共模只有相比較才有意義。

簡(jiǎn)單理解：你選擇了一個(gè)地之后，兩根線的相對(duì)高度就是差模。而兩根線的絕對(duì)高度的平均值就是共模，當(dāng)兩根線的距離縮小到0，變成一根線時(shí)，就只有一個(gè)高度了，因此它的絕對(duì)值就是共模。

此外，這里有一些在公開(kāi)發(fā)表的學(xué)術(shù)期刊上的定義，都是各個(gè)作者的理解，供參考：

1. 共模干擾是指干擾電壓出現(xiàn)在儀表輸人端的一端(正端或負(fù)端)對(duì)地之間的交流信號(hào),它可用晶體管電壓表跨接于儀表輸人端的一端(正端或負(fù)端)與地之間測(cè)量,一般對(duì)地干擾大多在幾伏到幾十伏的范圍內(nèi)

2. 共模干擾是指電路中兩個(gè)被測(cè)量點(diǎn)電位相對(duì)大地同時(shí)發(fā)生同方向交化而產(chǎn)生的干擾,而差模jf擾則是電路中兩個(gè)被測(cè)量點(diǎn)的電位差發(fā)生相對(duì)變化而產(chǎn)生的干擾

3. 共模干擾是指模數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓,它可能是直流或交流電壓,電壓幅值可根據(jù)應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境達(dá)幾伏甚至更高.共模干擾又稱(chēng)共態(tài)干擾,常用共模抑制比(CMRR)表示輸入電路對(duì)共模干擾的抑制能力

4. 共模干擾是指由電源的相線與地線所構(gòu)成回路中的干擾.差模干擾是指電源的相線和相線所構(gòu)成的回路中的干擾.傳導(dǎo)干擾主要是由電路中高速切換的電壓、電流與雜散寄生參數(shù)之間相互作用而產(chǎn)生的高頻震蕩所引起

5. 實(shí)際上傳導(dǎo)干擾又有共模和差模之分,所謂共模干擾是指地線與相線干擾信號(hào),線間的相位相同、電位相等,而差模干擾是相線間干擾信號(hào)相位差180(電位相等)

6. 共模干擾是指在保護(hù)裝置所有電路或電路的某一點(diǎn)與地(或外殼)之間形成的干擾(電位),如圖1中的Vt所示.它是保護(hù)裝置工作不正常的重要原因

7. 共模干擾”是指干擾大小和方向一致,其存在于電源任何一相對(duì)大地、或中線對(duì)大地間.共模干擾也稱(chēng)縱模干擾、不對(duì)稱(chēng)干擾或接地干擾,是載流體與大地之間的干擾