Bei einer idealen differentiellen Messung spielt nur der Potentialunterschied zwischen dem positiven (+) und dem negativen (–) Eingang eine Rolle. Die Spannung, die gegen die Masse des Instrumentenverstärkers messbar ist und an beiden Eingängen des Verstärkers anliegt, wird als Gleichtaktspannung bezeichnet. Die Gleichtaktspannung wird bei einem idealen Messsystem vollständig unterdrückt (nicht gemessen). Damit können auch Störspannungen unterdrückt werden, die häufig in Form von Gleichtaktspannungen an den Leitungen der Messschaltung vorliegen.

Bei realen Geräten gibt es verschiedene Faktoren, wie Gleichtaktspannungsbereich und -verhältnis, durch die die Unterdrückbarkeit von Gleichtaktspannungen begrenzt ist.

Gleichtaktspannung

Der Gleichtaktspannungsbereich gibt die zulässige eingangsseitige Spannungsschwankung gegenüber der Masse des Messsystems an. Bei Überschreitung dieses Bereichs kommt es nicht nur zu Messfehlern, sondern das Gerät kann auch Schaden nehmen. Die Gleichtaktspannung (Ucm) wird nach folgender Gleichung berechnet:

  • Ucm = (U+ + U–) / 2

wobei U+ die Spannung am nicht invertierenden Anschluss und U– die Spannung des invertierenden Anschlusses gegenüber der Masse ist.

CMRR

Das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis ("Common-Mode Rejection Ratio" oder CMRR) gibt an, inwiefern ein Messsystem in der Lage ist, Gleichtaktspannungen zu unterdrücken. Wenn Sie zum Beispiel mit einem Thermoelement eine Messung durchführen, die Störsignalen unterliegt, dann erscheinen die Störsignale auf beiden Eingangsleitungen. Daher ist das Störsignal ein Gleichtaktsignal, das je nach Höhe des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses des Messgeräts eliminiert wird. Bei den meisten DAQ-Karten wird das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis bis zu 60 Hz (US-amerikanische Netzfrequenz) angegeben. Die Höhe des Gleichtaktunterdrückungsverhältnisses in Dezibel (dB) wird anhand folgender Formel berechnet:

  • CMRR(dB) = 20 log (Gegentaktverstärkung/Gleichtaktverstärkung)

In der nächsten Abbildung sehen Sie eine einfache Schaltung. Hier wird das Gleichtaktunterdrückungsverhältnis als 20 log Vaus/Vcm angegeben, wobei Vcm = (V+ + V–)/2.