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運放參數的詳細解釋和分析7—共模抑制比CMRR
摘要: 運放的共模擬制比,是常被大家關注的一個運放參數,尤其是在差分放大器和儀表放大器中。但這一小節只討論運放的共模抑制比,以及CMRR帶來給運放的誤差。關于差分放大器和儀表放大器,以后另文討論。
關鍵詞: 放大器 模擬 電壓
Abstract:
Key words :

 運放的共模擬制比,是常被大家關注的一個運放參數,尤其是在差分放大器和儀表放大器中。但這一小節只討論運放的共模抑制比,以及CMRR帶來給運放的誤差。關于差分放大器和儀表放大器,以后另文討論。

      在開始討論運放的共模抑制比,我們先了解一下運放的共模輸入電壓,運放的共模輸入電壓是指運放的兩個輸入引腳電壓的平均值,注意是“平均值”,這一點很重要,如下圖所示。對于雙極性輸入級的運放,運放的共模輸入電壓,一般達不到電源軌。而有些rail to rail輸入運放的共模電壓是可以達到電源軌的。

       在理想運放中,運放的差模放大倍數為無窮大,共模放大倍數為0。理想總是美好的,現實總是殘酷的。因此實際運放確不是這樣的,實際運放的差模放大倍數也不會是無窮大,共模放大倍數也不會是零。我們就這樣定義運放的共模抑制比(CMRR),差模增益與共模增益的比,如下式

還有一個參數非常常見,就是CMR,它其實是CMRR的對數表示,如下式:

 

不過這兩個參數經常被混用。我們只要了解他們都是在表示,運放對共模信號的抑制能力就可以了。

運放只所以會對共模信號能夠進行放大,當然這是我們不期望的,但也是不可避免的。主要來源于下面幾個原因:

(1)      運放差入輸入級的不匹配。這又可分為以下的原因引起的不匹配:

1)      源極或漏極電阻的不匹配,

2)      信號源電阻

3)      柵極-漏極之間的結電容

4)      正向跨導的不匹配

5)      柵極漏電流

(2)      拖尾電流源的輸出阻抗

(3)      拖尾電流源的寄生電容會隨頻率的變化而變化

下面我們就挑幾個上面的原因看一下它們的影響:

(1) 電阻的不匹配,如下圖所示,由于電阻的不匹配,一個共模電壓的變化ΔVin,會在X,Y點轉化為一個差模電壓。

計算如下,這個由失配阻ΔRd引入的差模信號,就會轉化為差分級輸出信號的噪聲。

(2) 輸入晶體管的不匹配,管子的不匹配,會引起兩管子的電流的微小差別,并且兩個的跨導是不一樣的。

         由于輸入級管子的不匹配,會將共模信號轉化為一個差模的誤差,可以用下面的公式表示,它表示失配跨導引起的CMRR。

 

 

 

 (3) 再介紹一個原因,就是拖尾恒流源的寄生電容會隨頻率變化而變化。這會引起這個恒流源電流的變化,差分輸入端射極或源極電阻用恒流源代替的目的是保持電流恒定和高阻抗。但它的電流如果隨頻率發生變化,勢必降低差分輸入端的共模抑制能力。


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