نسبة رفض الوضع المشترك - CMRR

تُعد نسبة رفض الوضع المشترك (CMRR) أهم المواصفات وهي تشير إلى مقدار إشارات الوضع المشترك التي سيتم عرضها للقياس، وغالباً ما تعتمد قيمة (CMMR) على تردد الإشارة، ويجب تحديد الوظيفة حيث تُستخدم وظيفة (CMMR) على وجه التحديد لتقليل الضوضاء على خطوط النقل، فعلى سبيل المثال عندما نقيس مقاومة الازدواج الحراري في البيئة الصاخبة، تظهر الضوضاء الصادرة من البيئة على أنّها تعويض على كل من خيوط الإدخال وجعلها إشارة جهد نمط مشترك، كما تحدد أداة (CMRR) التوهين المطبق على الضوضاء.

ما هي نسبة رفض الوضع المشترك – CMRR؟

نسبة (CMRR) في مكبر تشغيلي: هي نسبة رفض نمط شائع حيث يتم تطبيق المرجع أمبير كمحطتي إدخال هما طرفي موجب وسالب والمدخلان في نفس النقطة، كما سيعطي هذا إشارات قطبية معاكسة عند النواتج، ومن ثم سيتم إلغاء الجهد الموجب والسالب للأطراف وسيعطي جهد الناتج، كما سيحتوي المرجع المثالي على (CMRR) اللانهائي ومع الكسب التفاضلي المحدود وكسب الوضع الشائع صفر.

صيغة نسبة الرفض الشائعة:

يتم تشكيل نسبة رفض الوضع الشائع من خلال دخلين لهما نفس علامة جهد التيار المستمر، وإذا افترضنا أن جهد إدخال واحد هو (8 فولت والآخر 9 فولت) فإنّ 8 فولت شائع ويجب حساب جهد الدخل من خلال معادلة (V + – V-) ومن ثم ستكون النتيجة 1 فولت لكن جهد التيار المستمر المشترك بين المدخلين له كسب غير صفري.

الكسب التفاضلي (A_d) يكبر الفرق بين جهازي الإدخال، لكن كسب الوضع الشائع (A_c) يكبر جهد التيار المستمر للوضع الشائع بين المدخلين، وأنّ نسبة مكاسبين هي نسبة رفض النمط الشائع حيث قيمة التنسيق بالديسيبل.

نسبة رفض مصدر الطاقة:

نسبة رفض مصدر الطاقة: هي التغييرات في جهد إزاحة الإدخال لكل وحدة تتغير في جهد إمداد التيار المستمرحيث يتم حساب مصدر الطاقة أيضاً بتنسيق ديسيبل، والمعادلة الرياضية لنسبة رفض مصدر الطاقة (PSRR = 20log ΔVDc / ΔVio بالديسيبل).

1. معدل رفض الوضع الشائع لـ Op Amp:

نسبة رفض الوضع الشائع هي مكبر تفاضلي ويتم تضخيم أمبير المرجع مع الإدخال التفاضلي، ومن ثم يمكن تطبيق نسبة (CMMR) على مكبر التشغيل، وذلك باستخدام حالة نسبة رفض الأسلوب المشترك أي عندما يكون لكل من دخل مكبر الصوت نفس الفولتية كما يجب أن يكون ناتج مكبر الصوت صفراً أو يجب أن يرفض مكبر الصوت الإشارة حيث تُظهر الصورة التالية مكبر للصوت (MCP601) لنسبة رفض الوضع الشائع.

2. إزاحة خطأ من CMRR من Op-Amp:

يمكن لـ (CMRR) بناء جهد إزاحة متوازي في أمبير المرجع الذي تم تكوينه في مكبر الصوت غير المقلوب حيث سيكون لمضخم التشغيل غير المقلوب قدراً صغيراً من خطأ (CMRR) لأنّ كلا المدخلين متصلان بالأرض ولا يوجد وجود للجهد الديناميكي (CM).

قياس نسبة رفض الوضع المشترك:

يتم قياس النسبة في المقاوم الدقيق لتكوين المرجع أمبير كمضخم تفاضلي حيث يتم تطبيق إشارة على كلا المدخلين ويتم قياس التغييرات في المخرجات، كما أنّ مكبر الصوت مع (CMRR) اللانهائي لا يتغير في الانتاج حيث تتمثل الصعوبات الكامنة في هذه الدائرة في أن تطابق نسبة المقاومات مهم مثل (CMRR) لجهاز المرجع وعدم تطابق (0.1%) بين زوج المقاوم وستكون النتيجة (66 ديسيبل) ومن ثم فإنّ معظم مكبرات الصوت سيكون لها تردد منخفض لـ (CMR) بين (80dB إلى 120dB).

تحديد إشارات الوضع المشترك:

عند الإشارة إلى الإشارة المحلية المشتركة أو الأرضية، تظهر إشارة الوضع المشترك على كلا خطي كبل من سلكين في الطور وبسعة متساوية، ومن الواضح أنّ إشارة الوضع المشترك لا يمكن أن تكون موجودة إذا كان أحد الخطوط متصلاً بشبكة محلية مشتركة، ومن الناحية الفنية فإنّ جهد الوضع المشترك هو نصف مجموع متجه للجهود من كل موصل لدائرة متوازنة إلى الأرض المحلية أو المشتركة، كما يمكن أن تنشأ هذه الإشارات من واحد أو أكثر من المصادر التالية:

• الإشارات المشعة مقترنة بالتساوي مع كلا الخطين.
  
• إزاحة من إشارة مشتركة تم إنشاؤها في دائرة السائق.
  
• فرق أرضي بين موقعي الإرسال والاستقبال.
  

نظام نقل البيانات المشترك:

الهدف الرئيسي لأي نظام لنقل البيانات هو إرسال البيانات من موقع إلى آخر سواء داخل صندوق واحد أو حاوية أو بين الصناديق داخل حاوية أو بين حاويات داخل مبنى أو منطقة محددة أو بين المباني حيث إنّ ربط الخط المحايد لمشتركي خط الطاقة بقضيب أرضي غارق في الأرض عند نقطة دخول الطاقة يؤسس لخط الطاقة المحايد كأرضية أمان.

من هذه النقطة يحمل السلك العاري أو المعزول باللون الأخضر المرجع الأرضي الآمن لجميع المنافذ الكهربائية والمعدات المثبتة في جميع أنحاء المبنى حيث يتم ربط إطارات الشاسيه الصناعية بأرضية الأمان عند نقطة إدخال الطاقة بالهيكل حيث تصبح أرضية الإطار.

غالباً ما يتم توصيل الدائرة المشتركة بالهيكل عند نقطة واحدة أو أكثر ولكن من الأفضل وضع نقطة أرضية واحدة لكل هيكل، وفي بعض الحالات قد تكون الدائرة المشتركة معزولة عن أرضية الإطار كما يمكن أن تنتج تيارات التسرب التي تتدفق في سلك أرض الأمان من لفات الآلة إلى العلبة التي تتدفق بين الأرض بسبب التيارات المحايدة الأولية أو الثانوية في نظام توزيع الطاقة، فرقاً محتملاً بين الأرض المحايدة والإطار.

يمكن أن تختلف الفروق الأرضية من عدة فولت إلى عدة عشرات من الفولتات حيث توجد أكبر الفروق في أنظمة التوزيع (Y) أحادية الطور أو ثلاثية الطور حيث يمكن أن يكون جزء التيار المحايد المتدفق في الأرض من (10% إلى 70%) من إجمالي التيار المحايد المتدفق في الدائرة الأولية، وعادةً ما تكون قياسات الجهد بين النقاط الأرضية (0.2V RMS إلى 5V RMS) ، ونادراً تصل إلى (65V RMS) بين الأراضي المتفرقة على نطاق واسع.

أصل إشارات الوضع المشترك:

يتم تمثيل ثلاثة مصادر لجهد الوضع المشترك في بعض الدوائر مثل (e GD وe LC وE OS):

• عادةً ما يكون (E OS) عبارة عن تعويض للتيار المستمر يتم تقديمه بواسطة برنامج تشغيل للوضع التفاضلي يعمل من مصدر واحد.
  
• إشارة (e GD): هي إشارة ضوضاء تمثل الفرق في إمكانات الأرض في موقعي الإرسال والاستقبال، وعادةً ما تكون إشارة تيار متردد تحتوي على التوافقيات الأساسية وربما العديد من التوافقيات لتردد خط الطاقة.
  
• إشارة (e LC): هي إشارة ضوضاء مقترنة طولياً تحدث بالتساوي على كلا خطي النقل بسبب اقتران سعوي أو كهرومغناطيسي أو استقرائي من مصادر خارجية.
  

1. تقليل إشارات الوضع المشترك:

يمكن جعل (E OS) صغيراً جداً أو حتى صفراً، من خلال تشغيل برنامج تشغيل الوضع التفاضلي من الإمدادات المتوازنة، في المقابل لا يمكن تصغير (e GD) إلّا بالحفاظ على مسافة قصيرة نسبياً بين موقعي الإرسال والاستقبال حيث يمكن تقليل (e LC) باستخدام زوج ملتوي محمي: تنشأ الضوضاء الواردة داخل الكبل بالتساوي على كل من الأسلاك الملتوية بإحكام، بخلاف ذلك ستكون إشارة الوضع العادي موجودة بسبب عدم تناسق الخط فيما يتعلق بالحقول المزعجة.

يجب أن يكون الحمل متماثلاً حيث يجب مطابقة ممانعات الحمل المقاومة والسعة على كلا الخطين من الزوج الملتوي ولا يمكن منع الإشارات المقترنة بالحث إلّا باستخدام التدريع المغناطيسي.

2. قمع إشارات الوضع المشترك:

يجب رفض إشارات الوضع المشترك (V_CM) في دائرة الاستقبال حيث يمكن تحقيق هذا الرفض بسهولة عندما تكون دائرة الاستقبال سلبية أي سماعات رأس أو مكبر صوت أو محول مقترن ومعزول ويعمل بالبطارية أو لا تتم الإشارة إليه بأي شكل من الأشكال بدائرة الإرسال المشتركة، سواء كانت متصلة بالسعة أو المقاومة، والتكوينات المذكورة هنا محصنة بطبيعتها من إشارات الوضع المشترك، ولكن يجب تصميم دوائر الاستقبال المشار إليها بدائرة الإرسال المشتركة لقبول النطاق الكامل لـ (V_CM) المقدم إليها.

تتضمن كل هذه التصميمات مستقبلات تفاضلية ذات رفض عالي للأسلوب المشترك (CMR)، وإذا كان (V_CM) ذو سعة منخفضة نسبياً، فقد يكون جهاز استقبال (CMR) عالي وحده مناسباً.

كيف تعمل أجهزة استقبال CMR عالية؟

تستخدم جميع مستقبلات (CMR) العالية إمّا شكلاً من أشكال الأزواج التفاضلية أو مضخم أجهزة تقليدي يتكون من ثلاثة مكبرات صوت حيث يقبل كل مضخم إدخال تفاضلي في وجود جهد محدود للوضع المشترك مع (V_CM) مقبول محدود إلى حد ما أقل من الفولتية حيث يمكن لهذه الدوائر التعامل مع الإشارات التماثلية والرقمية، كما يجب استخدام عزل إضافي إذا كان (V_CM) يتجاوز نطاق الأسلوب المشترك للمستقبل وتستخدم معظم هذه الدوائر مصدراً معزولاً مقترناً بالمحول، بالإضافة إلى أي مما يلي:

• الدوائر المقترنة بصرياً.
  
• الدوائر التفاضلية المتقارنة بالسعة.
  
• دارات مقترنة حثياً.
  
• الدوائر التفاضلية المزدوجة المقاومة.
  

يمكن لجميع التقنيات ربط إشارة عبر حاجز العزل في وجود قيم عالية لـ (V_CM) حيث يعتمد كل منها على استخدام مصدر طاقة معزول، والذي عادةً ما يكون مقترناً بالمحول حيث يتم تحديد حدود جهد العزل بواسطة المحول ونوع العزل المختار، كما يكون العزل حتى (2500 فولت) أو أكثر عملياً باستخدام تقنيات اقتران المحولات والبصرية والسعة، وعادةً ما يقتصر التوصيل المقاوم على نطاق (50V إلى 100V).

يتضمن الاقتران المقاوم نقل البيانات عبر مخفف مقاوم ممّا يخفف كل من البيانات وإشارات الوضع المشترك، وبالتالي فإنّ العزل المقاوم مقيد بجزء (V_CM) الذي يمكن أن تستوعبه دائرة الاستقبال مع اكتشاف موثوق لجزء صغير من إشارة البيانات الأصلية.