Birçok veri toplama sistemi diferansiyel girişleri kullanır. Peki bunlar nedir ve neden bu kadar özeldir?

Bu konu her zaman tam olarak anlaşılmamıştır ve bu nedenle, bu makalenin odak noktası, farkı daha net hale getirmeye çalışmak ve yüksek kaliteli ve yüksek hassasiyetli bir sistemde neden diferansiyel girdilerin bariz seçim olduğunu açıklamaktır.
İlk olarak, tek uçlu ve diferansiyel girdilerle ne demek istediğimizi anlamamız gerekiyor. Bunun için amplifikatörlerle başlamalıyız. Tek uçlu ve diferansiyel uçlu girişler arasındaki fark, kullanılan amplifikatör tipleri arasındaki farktır. Çoğu modern veri toplama sistemi, bir çeşit sinyal yükselticisine sahip olacaktır.
Amplifikatörler oldukça basit bir şekilde bir sinyal alacak ve onu güçlendirecektir. Örneğin, Şekil 1’de genliği ±5 Volt olan bir sinüs dalgamız var. Bu, iki kat büyütülmüş olsaydı, sonuç Şekil 2’de gösterildiği gibi olurdu – genliği ±10 Volt olan bir sinüs dalgası.
Bu nedenle, basit bir amplifikatör düşünürsek, amplifikatöre giden sinyal çıkışa yükseltilir. Şekil 1’de sinüs dalgasının aslında iki bakır tel üzerinde taşındığını düşünün. Biri toprağa veya toprağa bağlanacak ve diğeri Şekil 1’de görüldüğü gibi AC (alternatif akım) sinyalini taşıyacaktır.

Ancak bu kablolama ve sinyal taşıma yöntemiyle ilgili sorunlar vardır. Asıl sorun, zeminin sabit bir 0V olmaması, gerçekte farklı yerlerde farklı seviyelerde olmasıdır. Bu yerler birbirine ne kadar yakınsa, zemin seviyelerinin aynı olması o kadar olasıdır. Bu genellikle tek uçlu girişlerdeki hataların ana nedenidir. Oldukça farklı iki toprak arasındaki bağlantıyla, bu seviyelerdeki fark, büyük akımların akmasına neden olabilir, bunlar genellikle toprak veya toprak döngüleri olarak bilinir.
Ek olarak, tek uçlu girişler gürültü enjeksiyonundan zarar görebilir. Sinyallere gürültü enjekte edilebilir, çünkü sinyalleri taşıyan tel bir anten görevi görebilir ve böylece her türlü elektriksel arka plan gürültüsünü alabilir. Bu gürültü bir kez sinyale bu şekilde dahil edildiğinde, onu ortadan kaldırmanın bir yolu yoktur.
Tek uçlu yükselteçlerin aksine, diferansiyel yükselteçler iki giriş arasındaki voltaj farkını yükseltir. Şekil 3’te tek uçlu bir amplifikatör ve Şekil 4’te bir diferansiyel amplifikatör gösterilmektedir.
Bu tip amplifikatörlerin her ikisi de aynı şekilde çalıştırılır, ancak diferansiyel amplifikatör, iki girişi arasındaki farkı yükseltirken, tek uçlu amplifikatör, tek girişi ile toprak arasındaki farkı güçlendirir.
Diferansiyel sinyal ve kullanılan kablolama yöntemi, ortak mod gürültüsünü ortadan kaldırır. Bu, her iki kabloya da enjekte edilen istenmeyen gürültüdür, ancak yalnızca girişler arasındaki fark ölçüldüğü için yok sayılır. Bu, ölçülen sinyalde istenmeyen gürültüyü artırmadan çok daha uzun kablolara izin verir.
Bununla birlikte, diferansiyel girişleri kullanırken yaygın bir sorun, toprağa olası herhangi bir bağlantıyı ihmal etmektir. Örneğin, pille çalışan ekipman durumunda, pil ve devreler, amplifikatörün sınırına yakın sinyaller üretebilir. Devreye bir toprak verilirse, seviyeler akü voltajlarından önemli ölçüde farklı olabilir. Ayrıca, bu voltajların üçünü de, toprak, pil – ve pil +’yı göz önünde bulundurduğunuzda, seviyeler amplifikatörün çalışma aralığının dışında olabilir. Bu durumlar yaygın olarak kayan sinyaller olarak bilinir. Sinyaller toprağa referansta bulunmaz. Bu durumlarda, bu referansı sağlamak için bir zemin sunmak gerekir. Bu durumda enstrümantasyon bir GND bağlantısına sahiptir. Buraya bir tel yerleştirilecek ve elektrik toprağına bağlanacaktır. Böylece diferansiyel sinyaller toprağa referansla birbirlerine karşı ölçülür.

Özetle, diferansiyel girişler gürültüyü azaltır ve potansiyel olarak daha uzun kablolamaya izin verir. Gerektiğinde tek uçlu girişler olarak kullanılmak üzere kısa devre yaptırılabilirler. Kayan sinyaller için diferansiyel girişler kullanılabilir, ancak bu gibi durumlarda enstrümantasyona bir referans sağlanmalıdır.