深入了解運(yùn)算放大器：運(yùn)算放大器共模抑制比參數(shù)解讀

時(shí)間：2024-07-18 20:03:46

關(guān)鍵字：放大器運(yùn)算放大器共模抑制比

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[導(dǎo)讀]在這篇文章中，小編將為大家?guī)磉\(yùn)算放大器的相關(guān)報(bào)道。如果你對(duì)本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

在這篇文章中，小編將為大家?guī)磉\(yùn)算放大器的相關(guān)報(bào)道。如果你對(duì)本文即將要講解的內(nèi)容存在一定興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、什么是運(yùn)放

運(yùn)放(operational amplifier,簡(jiǎn)稱OPA）能對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算的放大電路。它曾是模擬計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運(yùn)算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點(diǎn)之外，還具有精巧、廉價(jià)和可靈活使用等優(yōu)點(diǎn)，因而在有源濾波器、開關(guān)電容電路、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流信號(hào)放大、波形的產(chǎn)生和變換，以及信號(hào)處理等方面得到十分廣泛的應(yīng)用。在實(shí)際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計(jì)算機(jī)中，用以實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)運(yùn)算，故得名“運(yùn)算放大器”，此名稱一直延續(xù)。運(yùn)放是一個(gè)從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實(shí)現(xiàn)，也可以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運(yùn)放是以單片的形式存在。

二、運(yùn)算放大器共模抑制比參數(shù)解讀

共模抑制比是運(yùn)放一項(xiàng)非常重要的指標(biāo)，但在設(shè)計(jì)電路時(shí)我們時(shí)常會(huì)忽略它的重要性。首先簡(jiǎn)單介紹一下共模信號(hào)與差模信號(hào)的概念。如下圖1所示，L1，L2為兩條傳輸線，R為負(fù)載電阻，傳輸線中藍(lán)色箭頭表示差模信號(hào)的流動(dòng)路徑，可見其在兩條傳輸線中大小相等方向相反，承載著我們或者說R“需要的”信號(hào)。而兩條傳輸線中綠色箭頭表示的是差模信號(hào)的流動(dòng)路徑，可見其在兩條傳輸線中大小相等方向相同，承載著我們或者說R“不需要的”信號(hào)，其與大地構(gòu)成回路。

圖1 共模差模信號(hào)示意圖

理解共模差模信號(hào)后我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)反向輸入端運(yùn)放幾乎不存在共模信號(hào)問題。如圖2的反向比例放大電路，由于Vp已經(jīng)接地且運(yùn)放正常工作時(shí)處于深度負(fù)反饋狀態(tài)所以Vn=Vp=0，可見此時(shí)運(yùn)放的兩個(gè)輸入端電壓與地不存在電勢(shì)差所以也不會(huì)有共模電壓?jiǎn)栴}。

圖2 反向比例放大電路

共模抑制比表示為運(yùn)放對(duì)差模信號(hào)的增益Adm與對(duì)共模型號(hào)的增益Acm之比，通常以分貝為單位表示如下：

常見的運(yùn)放低頻CMRR一般在70dB~120dB，更高的可達(dá)150dB左右。另外輸入信號(hào)的頻率對(duì)CMRR有很大的影響，如下圖3為ADI LT1358運(yùn)放的CMRR隨頻率的關(guān)系，可以看到隨著頻率的增大CMRR迅速衰減。這是為什么呢？這是因?yàn)榧蛇\(yùn)放各級(jí)之間存在寄生耦合電容，這些寄生電容隨著頻率的升高容抗快速下降從而導(dǎo)致對(duì)共模信號(hào)抑制能力減弱。

圖3 LT1358 CMRR vs frequency

那在設(shè)計(jì)實(shí)際運(yùn)算電路時(shí)我們是不是選用CMRR盡可能大的運(yùn)放就可以實(shí)現(xiàn)很好的共模抑制效果呢？答案是否定的。其實(shí)上述介紹的是運(yùn)放自身對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，實(shí)際中為了使整個(gè)運(yùn)算電路達(dá)到較高的共模抑制能力，我們還需要合理設(shè)計(jì)運(yùn)放的外圍電路才能更好地抑制共模型號(hào)。以下圖4常見的差分放大電路為例。