Что такое синфазный сигнал
Синфазный сигнал
Синфазный сигнал — составляющая аналогового сигнала, присутствующая с одним знаком, амплитудой и фазой на всех рассматриваемых выводах. В электронике, где сигнал передаётся с использованием напряжения, синфазный сигнал определяется обычно как полусумма напряжений [1] :
Синфазный сигнал можно рассчитать зная величину дифференциального сигнала 
и величину аналогового сигнала 
на одном из выводов:
Синфазный сигнал в системах связи
Синфазный сигнал в дифференциальных усилителях
Дифференциальный усилитель — электронное устройство, призванное усилить дифференциальный сигнал. Однако из-за нелинейности входных цепей [4] часть входного синфазного напряжения также усиливается. Степень подавления входного синфазного напряжения называется коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС), он нормируется и обычно выражается в децибелах напряжения. Так для операционных усилителей общего применения КОСС составляет порядка 65…100 дБ.
Примечания
Полезное
Смотреть что такое «Синфазный сигнал» в других словарях:
синфазный сигнал — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN in phase signal … Справочник технического переводчика
синфазный сигнал — sinfazinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. equiphase signal; in phase signal vok. Gleichphasensignal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Automatikos terminų žodynas
синфазный сигнал — sinfazinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equiphase signal vok. gleichphasiges Signal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Fizikos terminų žodynas
Ферритовый фильтр — Ферритовые фильтры Цилиндрический съемный ферритовый фильтр … Википедия
Gleichphasensignal — sinfazinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. equiphase signal; in phase signal vok. Gleichphasensignal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Automatikos terminų žodynas
equiphase signal — sinfazinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. equiphase signal; in phase signal vok. Gleichphasensignal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Automatikos terminų žodynas
in-phase signal — sinfazinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. equiphase signal; in phase signal vok. Gleichphasensignal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Automatikos terminų žodynas
signal en phase — sinfazinis signalas statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. equiphase signal; in phase signal vok. Gleichphasensignal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Automatikos terminų žodynas
sinfazinis signalas — statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. equiphase signal; in phase signal vok. Gleichphasensignal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Automatikos terminų žodynas
equiphase signal — sinfazinis signalas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. equiphase signal vok. gleichphasiges Signal, n rus. синфазный сигнал, m pranc. signal en phase, m … Fizikos terminų žodynas
Практические аспекты ОУ. Усиление синфазных сигналов
У реальных операционных усилителей по сравнению с «идеальной» моделью есть некоторые недостатки. Реальное устройство отличается от идеального дифференциального усилителя. Один минус один может не быть нулем. Эти недостатки могут привести к незначительным ошибкам в одних приложениях и недопустимым ошибкам в других приложениях. В некоторых случаях эти ошибки могут быть компенсированы. Иногда требуется более высокое качество и более дорогостоящее устройство.
Коэффициент усиления синфазных сигналов
Как указывалось ранее, идеальный дифференциальный усилитель усиливает только разность напряжений между двумя входами. Если два входа дифференциального усилителя замкнуты вместе (таким образом, обеспечивая нулевую разность потенциалов между ними), выходное напряжение не должно никак изменяться при любой величине напряжения, прикладываемого между этими двумя замкнутыми входами и землей:
Усиление синфазных сигналов. Vвых должно оставаться неизменным, независимо от Vсинф
Напряжение, которое является общим для любого из входов и землей, в данном случае Vсинф, называется синфазным напряжением. Когда мы изменяем это синфазное напряжение, выходное напряжение идеального дифференциального усилителя должно быть абсолютно неизменным (не должно быть никаких изменений для любого произвольного синфазного напряжения на входе). Это приводит к коэффициенту усиления по напряжению в синфазном режиме, равному нулю.
Операционный усилитель, будучи дифференциальным усилителем с высоким дифференциальным коэффициентом усиления, в идеале должен иметь нулевой коэффициент усиления в синфазном режиме. Однако в реальной жизни это достичь нелегко. Таким образом, синфазные напряжения будут неизменно влиять на выходное напряжение операционного усилителя.
Производительность реального операционного усилителя в этом отношении чаще всего измеряется с точки зрения отношения его дифференциального коэффициента усиления (насколько он усиливает разницу между двумя входными напряжениями) к его синфазному коэффициенту усиления (насколько он усиливает синфазное напряжение). Отношение первого к последнему называется коэффициентом ослабления синфазного сигнала (КОСС, англ. common-mode rejection ratio, CMRR):
Идеальный операционный усилитель с нулевым коэффициентом усиления в синфазном режиме будет иметь бесконечный CMRR. Реальные операционные усилители имеют высокие CMRR, у вездесущего 741 CMRR составляет около 70 дБ, что составляет немногим более 3000 в пересчете в разы.
Поскольку коэффициент ослабления синфазного сигнала у типового операционного усилителя настолько высок, синфазный коэффициент усиления обычно не вызывает большого беспокойства в схемах, где операционный усилитель используется с отрицательной обратной связью. Если синфазное входное напряжение схемы усилителя внезапно меняется, что приводит к соответствующему изменению выходного напряжения из-за синфазного коэффициента усиления, то изменение выходного напряжения будет быстро скорректировано работой отрицательной обратной связи и дифференциального коэффициента усиления (который намного больше, чем синфазный коэффициент усиления), чтобы вернуть систему в равновесие. Разумеется, на выходе можно было бы увидеть изменения, но они были бы намного меньше, чем вы могли ожидать.
Однако следует помнить о синфазном коэффициенте усиления в схемах дифференциальных усилителей на ОУ, таких как инструментальные (измерительные) усилители. Помимо корпуса операционного усилителя и чрезвычайно высокого дифференциального коэффициента усиления, мы можем обнаружить, что синфазный коэффициент усиления вызывается разбалансом номиналов резисторов. Чтобы продемонстрировать это, мы проведем SPICE анализ инструментального (измерительного) усилителя с закороченными вместе входами (без дифференциального напряжения), подавая синфазное напряжение, чтобы увидеть, что произойдет. Сначала мы проведем анализ, показывающий выходное напряжение идеально сбалансированной схемы. Мы ожидаем увидеть отсутствие изменений в выходном напряжении при изменениях синфазного входного напряжения:
Анализ работы инструментального усилителя в синфазном режиме
Как вы можете видеть, выходное напряжение v(9) практически не изменяется при изменениях входного напряжения v(1) от 0 до 10 вольт.
Помимо очень небольших отклонений (фактически из-за причуд SPICE, а не реального поведения схемы), выходное напряжение остается стабильным там, где и должно быть: при 0 вольт с нулевым дифференциальным входным напряжением. Однако давайте введем в схему резисторный дисбаланс, увеличив R5 с 10000 Ом до 10500 Ом, и посмотрим, что произойдет (список соединений для краткости был пропущен – единственное, что изменилось, это значение R5):
На этот раз мы видим значительное изменение (от 0 до 0,2439 вольта) выходного напряжения при изменении синфазного входного напряжения от 0 до 10 вольт, как и в прошлом эксперименте.
Разность входных напряжений по-прежнему равна нулю, но выходное напряжение значительно изменяется при изменении синфазного напряжения. Это свидетельствует о синфазном коэффициенте усиления, чего мы пытаемся избежать. Более того, этот синфазный коэффициент усиления создан нами и не имеет ничего общего с несовершенством самих операционных усилителей. Благодаря значительно уменьшенному дифференциальному коэффициенту усиления (фактически равному 3 в этой конкретной схеме) и отсутствию отрицательной обратной связи вне схемы, этот синфазный коэффициент усиления будет оставаться без контроля в схеме тракта измерительного сигнала.
Существует только один способ скорректировать этот синфазный коэффициент усиления, и он заключается в балансе значений всех резисторов. При проектировании измерительного усилителя из дискретных компонентов (а не при покупке в корпусе интегральной микросхемы) целесообразно обеспечить некоторые средства для точной подстройки, по меньшей мере, одного из четырех резисторов, подключенных к оконечному операционному усилителю, чтобы иметь возможность «отсечь/исключить» любой такой синфазный коэффициент усиления. Предоставление средств для «подстройки» резисторной цепи также имеет дополнительные преимущества. Предположим, что значения всех резисторов точно такие, какими они должны быть, но синфазный коэффициент усиления присутствует из-за несовершенства одного из операционных усилителей. При обеспечении подстройки сопротивление можно подкорректировать, чтобы компенсировать это нежелательное усиление.
Одной из особенностей некоторых моделей ОУ является защелкивание выхода, обычно вызванное синфазным входным напряжением, превышающим допустимые пределы. Если синфазное напряжение выходит за пределы, установленные производителем, выход может внезапно «защелкнуться» в высоком режиме (насыщение при полном выходном напряжении). В операционных усилителях с входами на полевых транзисторах защелкивание может произойти, если синфазное входное напряжение подходит слишком близко к отрицательному напряжению шины питания. Например, на операционном усилителе TL082 это происходит, когда синфазное входное напряжение находится в пределах около 0,7 вольта от отрицательного напряжения на шине питания. Такая ситуация может легко возникнуть в схеме с одиночным источником питания, где отрицательная шина питания является землей (0 вольт), а входной сигнал свободно колеблется до 0 вольт.
Защелкивание также может быть вызвано синфазным входным напряжением, превышающим напряжение на шине питания, отрицательной или положительной. Как правило, вы должны не позволять входному напряжению никогда ни превышать напряжение на положительной шине источника питания, ни опускаться ниже напряжения на отрицательной шине источника питания, даже если рассматриваемый операционный усилитель имеет защиту от защелкивания (такие модели операционных усилителей как 741 и 1458). По крайней мере, поведение операционного усилителя может стать непредсказуемым. В худшем случае, тип защелкивания, вызванный входными напряжениями, превышающими напряжения источников питания, может быть разрушительным для операционного усилителя.
Хотя эту проблему можно легко избежать, ее вероятность больше, чем вы думаете. Рассмотрим случай со схемой на операционном усилителе во время включения питания. Если схема получает полное напряжение входного сигнала до того, как ее собственный источник питания успел зарядить конденсаторы фильтра, синфазное входное напряжение может легко превысить напряжение на шине питания. Если операционный усилитель получает напряжение сигнала от схемы, питающейся от другого источника питания, а его собственный источник питания выходит из строя, напряжение(я) сигнала может превышать напряжение на шине питания в течение неопределенного количества времени!
Термины: Сигналы синфазный и противофазный (дифференциальный)
При описании распространения сигнала или помехи в электропроводной среде часто употребляются термины синфазный (СФ) и противофазный (ПФ). Эти термины употребляются тогда, когда в рассматриваемой системе есть две точки (два полюса) приложения сигнала (помехи): условно X и Y, как показано на рисунке. СФ сигнал действует с одной и той же фазой на точки X и Y приложения сигнала относительно условного нуля или некой третьей опорной или общей точки. ПФ сигнал действует с противоположной фазой (противоположным знаком) на точки X и Y приложения сигнала относительно внешней среды. Поэтому, противофазный сигнал также часто называют дифференциальным, подразумевая его «разностную» сущность.
При рассмотрении напряжений в рассматриваемых точках электропроводной среды помеха приложена синфазно, а полезный сигнал – противофазно, как это бывает в случае дифференциальных или симметричных цепей.
Некоторые функциональные узлы электрических схем (например дифференциальный приёмник сигнала, трансформатор, схемы гальваноразвязки на разных физических принципах) могут подавлять синфазный сигнал, а пропускать противофазный. В противоположность этому: линейные мостовые балансные схемы способны значительно скомпенсировать противофазный сигнал по отношению к синфазному.
Ярким примером раздельной аналоговой обработки синфазной и противофазной составляющих сигнала является стандартная схема гальваноразвязки Ethernet, в которой прослеживаются разные пути распространения СФ и ПФ сигналов.
При анализе дифференциальных электрических цепей обычно рассматривают две эквивалентные электрические схемы: для СФ и ПФ сигналов раздельно, подразумевая линейное разложение сигнала на эти две составляющие (0,5*(Х + Y) и X-Y, соответственно, если X и Y – это фазные напряжения, как показано на рисунке выше). Как следствие этого анализа, в частности, возникает необходимость описания электрических свойств дифференциального входа или дифференциального выхода для СФ и ПФ сигналов отдельно: диапазона, входного или выходного сопротивления, характеристик пропускания или подавления на определённых частотах и т.д. С этой точки зрения, мгновенные значения СФ и ПФ сигналов дифференциальной или симметричной цепей можно рассматривать как две координаты при описании мгновенного состояния физического сигнала в двумерном пространстве.
Использование терминов
Термины используются при описании свойств дифференциального входа, например, в документации следующих измерительных модулей АЦП, имеющих дифференциальные входы:
Разрядность: 14 бит
Частота преобразования 400 кГц суммарно
Каналов: 16 дифференциальных/ 32 с общей землей
Диапазоны: ±0,15 В…±10 В
Модуль АЦП универсальный
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц
LTR11
Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 78 кГц на канал
Каналов: 8 для ICP-датчиков
Питание датчиков: источник тока 2,86 / 10 мА
Модуль АЦП для ICP датчиков
8 каналов, 24 бит, 78 кГц
LTR25
Разрядность: 24 бита
Частота преобразования до 117 кГц на канал
Каналов: 4 дифференциальных + 4 для ICP-датчиков или тензорезисторов
Диапазоны: ±2 В…±10 В
Модуль АЦП универсальный
4 канала, 24 бит, 117 кГц
LTR24
АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.
Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet
E-502
АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express
Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express
L-502
АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,15 В…10 В; 200 кГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 200 кГц
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0
Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 200 кГц, USB
E14-140M
АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,156 В…10 В; 400 кГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0
Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, USB
СИНФАЗНОСТЬ
Примеры синфазных колебаний: 1) колебания всех точек стоячей волны;они происходят с разл. отклонениями от нулевого положения, но в одинаковойфазе (в то время как в бегущей волне, наоборот, колебания всех точек происходяте одинаковыми отклонениями, но в разл. фазах); 2) в нелинейных оптич. средахколебания вынуждающей волны нелинейной поляризации и, напр., возбуждаемойею волны поля второй гармоники при наличии т. н. фазового (волнового) синхронизма. При отсутствии синхронизма, т. е. при наличии волновой расстройки,
Полезное
Смотреть что такое «СИНФАЗНОСТЬ» в других словарях:
СИНФАЗНОСТЬ — совпадение по фазе двух колебаний с одинаковым периодом … Большая политехническая энциклопедия
синфазность — sinfaziškumas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. cophasal state; cophasality vok. Gleichphasigkeit, f; Phasenübereinstimmung, f; Phasengleichheit, f rus. синфазность, f; совпадение по фазе, n pranc. coïncidence des phases, f; concordance … Fizikos terminų žodynas
синфазность — fazių sutaptis statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. phase coincidence vok. Gleichphasigkeit, f; Phasenübereinstimmung, f; Phasengleichheit, f rus. синфазность, f; совпадение фаз, n pranc. coïncidence des phases, f … Fizikos terminų žodynas
АНТЕННА — (от лат. antenna мачта, рей), устройство для излучения или приёма радиоволн. А. оптимально преобразует подводимые к ней эл. магн. колебания в излучаемые эл. магн. волны (передающая А.) или, наоборот, преобразует падающие на неё эл. магн. волны в… … Физическая энциклопедия
ПОЛЯРЫ — (звёзды типа AM Геркулеса) тесные двойные звёзды, характеризующиеся наличием значит. поляризации излучения, что и получило отражение в их названии. Впервые этот эффект обнаружен С. Тапиа (S. Tapia) в 1976 у объекта AM Геркулеса. Известно 13 П.,… … Физическая энциклопедия
Щелевая антенна — антенна, выполненная в виде металлического радиоволновода, жёсткой коаксиальной линии, объёмного резонатора или плоского металлического листа (экрана), в проводящей поверхности которых прорезаны отверстия (щели), служащие для излучения (или… … Википедия
Факс — (англ. Fax, сокращ. от facsimile, от лат. fac simile, делать одинаково ), Факсимильная связь телекоммуникационная технология передачи изображений электрическими сигналами. Исторически включалась в состав телеграфной связи и… … Википедия
КОРРЕЛЯЦИЯ — [correlatio соотношение] 1. В стратиграфии сопоставление слоев г. п. или отдельных частей разрезов как близких, так и отдаленных территорий с целью выяснения одновозрастности соответствующих отл. Основной метод К. биостратиграфический. II. В… … Геологическая энциклопедия
Стандарт разложения (телевидение) — Стандарт разложения характеристика стандарта телевизионного вещания и видеозаписи, определяющая количество строк изображения, частоту смены кадров (полей), а также режим развёртки. Телевизионная развёртка применяется не только в телевидении, но и … Википедия
Роль диапазона входного синфазного напряжения при выборе операционного усилителя
Диапазон входного синфазного напряжения — важный параметр операционных усилителей (ОУ). В статье рассмотрены варианты работы усилителя, когда входной сигнал выходит за его рамки.
Основными параметрами при подборе модели ОУ являются напряжение питания, произведение коэффициента усиления на ширину полосы пропускания, скорость нарастания выходного напряжения, входное шумовое напряжение. Однако не менее важное значение имеет диапазон входного синфазного напряжения — ключевой параметр для любого ОУ, пренебрежение которым может привести к непредсказуемому поведению усилителя.
Возможно, многие имели дело с ситуацией, когда выходной сигнал ОУ не соответствовал ожидаемому. Причиной нежелательных сигналов на выходе мог быть неправильный подбор номиналов в выходном каскаде. Например, слишком большая выходная емкость может вызывать колебания или срезание импульсов до того, как их амплитуда достигнет максимального значения, если размах сигнала выходного каскада меньше максимального напряжения питания.
Странное поведение на выходе ОУ может быть связано не с выходным, а с входным каскадом, в случае если входной сигнал выходит за диапазон входного синфазного напряжения.
где VICM R_MIN — предел по отношению к отрицательному напряжению питания VCC–, VICM R_MAX — предел по отношению к положительному напряжению питания VCC+. (см. рис. 2). Когда напряжение превышает этот диапазон, усилитель может перейти в нелинейный режим.
Заметим, что введенные выше обозначения VICM и VICM R не являются общепринятыми и могут выбираться производителем произвольно (наиболее распространены варианты VCM, VIC и VCMR).
Характеристики входного каскада усилителя зависят от применяемой технологии (КМОП, БПТ, полевые транзисторы с управляющим p-n-переходом). В таблице 1 приведены примеры усилителей Texas Instruments. В графе «максимальный диапазон напряжения питания» приведены ограничения для случаев однополярного и двуполярного напряжений питания. Видно, что все усилители имеют разные диапазоны входного синфазного напряжения, причем оно может быть как больше, так и меньше размаха напряжения питания. Соответственно, значение данного параметра всегда необходимо брать из технической документации.
Наименование
Технология
Макс. напряжение
питания: двуполярное/однополярное, В