什么是差模電壓、共模電壓？

我們需要的是整個有意義的“輸入信號”，要把兩個輸入端看作“整體”。

 

就像初中時平面坐標需要用x,y兩個數(shù)表示，而到了高中或大學就只要用一個“數(shù)”v，但這個v是由x,y兩個數(shù)構成的“向量”……

 

而共模、差模正是“輸入信號”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的。只不過換了一個認識角度，就像幾何學里的坐標變換，同一個點在不同坐標系中的坐標值不同，但始終是同一個點。

 

運放的共模輸入范圍：器件（運放、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的范圍。

 

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

 

道理很簡單：運放正常工作時兩輸入端是虛短的，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。例如對于儀放，差分輸入不是0，實際工作時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，分別站著兩個人，A和B。A和B相互拉著手。當船上下波動時，A才能感覺到B變化的拉力。這兩個船之間的高度差就是差模信號。

 

當水位上升或者下降時，A并不能感覺到這個拉力。這兩個船離水底的絕對高度就是共模信號。

 

于是，我們說A和B只對差模信號響應，而對共模信號不響應。當然，也有一定的共模范圍了，太低會沉到水底，這樣船都無法再波動了。太高，會使會水溢出而形成水流導致船沒法在水面上停留。

 

理論上，A和B應該只是對差模有響應。

 

但實際上，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：似乎對方相對自己在動。這就說明，A和B內力較弱，共模抑制比不行啊。說笑了啊，不過大致也就是這個意思。

 

當然,差模電壓也不可以太大，否則會導致把A和B拉開。

 

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

共模電壓應當是從源端看進來時，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輸入端的差值。

 

共模電壓有直流的，也有交流的。直流的稱為直流共模抑制（比），交流的稱為交流共模抑制（比），統(tǒng)稱共模抑制（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，即頻率響應不行。

 

一般的信號均有源阻抗，此阻抗可以不同程度破壞電路的對稱性，因此，用差分放大器時要小心它引起的誤差。參考相關數(shù)據(jù)數(shù)冊。

 

不僅僅是在運放電路中。只要是電信號傳輸，都可以分為共模和差模。

 

差模是兩根信號線之間的共模是信號對地的。

 

所以只要有信號傳輸就有共模干擾。

 

準確說是：一根線共模和差模疊加在一起，無法區(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，也就是這種區(qū)分的價值。

 

1.傳導干擾下：

 

假設系統(tǒng)的公共參考點（“地”）受干擾，電位發(fā)生了波動。其實電位這個概念嚴格說只有相對意義，一個孤立點不存在什么“電位”，所以波動一定要相對另一個參考點的，例如：大地，或與你的板子或整機相連的那個設備的參考點。這時，兩個設備間的兩根信號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，可以認為電磁波是均勻的，如果兩根線靠得很近，兩根線所受干擾也是近似相同的。

 

按一般說法，任意一根信號線相對地線所受干擾，就是共模干擾。但只有雙線傳輸時，共模和差模的區(qū)分才有價值。而且，一根線可以有“共模”，但沒有差模。

 

當然，概念也是人為定的。要么按公認說法（事實標準），要么按權威定義，比如，IEEE標準。

 

下面我們再來舉個例子來看看：

差分運放一端加3v一端2v

相當于一端加

vd=0.5

vc=2.5

一端加:

vd=-0.5

vc=2.5

 

任何一種信號,都是共模與差模的復合，但是是什么決定了哪些是共模哪些是差模,就是看參考的信號了。單純的講一根線是沒有意義的，參考地其實只不過是以地為0信號。

 

如果一端是VI，那么地端相當于共模信號為VI/2，差模信號為-VI/2，綜合起來就為0了。

 

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

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

 

簡單理解：你選擇了一個地之后，兩根線的相對高度就是差模。而兩根線的絕對高度的平均值就是共模，當兩根線的距離縮小到0，變成一根線時，就只有一個高度了，因此它的絕對值就是共模。

 

此外，這里有一些在公開發(fā)表的學術期刊上的定義，都是各個作者的理解，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(正端或負端)對地之間的交流信號,它可用晶體管電壓表跨接于儀表輸人端的一端(正端或負端)與地之間測量,一般對地干擾大多在幾伏到幾十伏的范圍內。

 

2.共模干擾是指電路中兩個被測量點電位相對大地同時發(fā)生同方向交化而產(chǎn)生的干擾,而差模jf擾則是電路中兩個被測量點的電位差發(fā)生相對變化而產(chǎn)生的干擾。

 

3.共模干擾是指模數(shù)轉換器兩個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)應用現(xiàn)場的環(huán)境達幾伏甚至更高.共模干擾又稱共態(tài)干擾,常用共模抑制比(CMRR)表示輸入電路對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成回路中的干擾.差模干擾是指電源的相線和相線所構成的回路中的干擾.傳導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.實際上傳導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,線間的相位相同、電位相等,而差模干擾是相線間干擾信號相位差180(電位相等)。

 

6.共模干擾是指在保護裝置所有電路或電路的某一點與地(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大地、或中線對大地間.共模干擾也稱縱模干擾、不對稱干擾或接地干擾,是載流體與大地之間的干擾。

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