一文读懂运放共模抑制比(下)

如题所述

共模抑制比(CMRR)是衡量放大器对共模信号抑制能力的重要指标。在理解CMRR前,我们需要知道放大器的输出包含两个分量:共模电压输出和差模电压输出。我们主要关注的是共模电压输出。

根据变换公式,CMRR反映了输出经过差分增益与输入相比的倍数,即共模抑制的倍数。

进一步,我们定义正向输入共模信号为Vpc,并将其标记为Vcm。将Vc的等式带入到共模分量的公式,可以得出Voc与Vcm之间的关系。

观察公式,我们会发现比例系数与正相比例放大器的增益系数相同,即11。而Vcm/CMRR可以被视为失调电压,用Vos_cmrr表示,其值是因为共模电压引起的输入电压失调。

通过公式变换,我们得出1/CMRR=Vos_cmrr/Vcm,即共模电压变化量所引起的输入偏置电压变化量,单位是V/V,这就是共模抑制比。

接着,我们讨论了共模抑制比的物理意义,即描述共模电压的变化导致的输出电压的变化。比如80dB的共模抑制比意味着共模电压变化1V,输入失调电压变化0.1mV,放大1000倍后,输出失调电压变化100mV。

计算示例表明,CMRR基本符合规格书给出的参数。电路的共模抑制比受到运放本身的CMRR以及电路其他元件的匹配度影响。

具体来说,运放本身的CMRR是必然因素,而差分电路的电阻网络匹配度往往起决定性作用。若R1/R2≠R3/R4,则电路的CMRR将受到电阻失配的影响。

使用电阻失配来计算运放的CMRR,得到的结果与通过输出电压与共模电压计算得到的电路CMRR有所不同。电路的CMRR总是小于运放的CMRR。

电路的增益与CMRR有关系,增益越大,共模抑制比越大。在实际设计中,由于受到多种因素影响,想要提高电路的CMRR,应从电路的匹配度和运放自身性能出发。

要解决电路CMRR受电阻匹配度影响大的问题,关键在于外部电阻的高一致性,即高匹配度。匹配度意味着电阻比值相同。获取高匹配度电阻成本高且不易。

另一种解决方法是选用集成差动放大器,厂家在生产过程中通过激光调整获得精度极高的电阻。

总结,共模抑制比是衡量放大器性能的关键指标,其计算和理解需要综合考虑运放特性与电路设计。在实际应用中,电路的匹配度和运放性能是提高CMRR的关键因素。
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