来源:江苏润石
在选型运算放大器时,不少工程师朋友片面追求运放器件自身的CMRR参数,而忽视了电路整体的CMRR。电路整体的CMRR受外部选用的电阻的精度影响更大,比如在标准差分放大电路里,运放自身的CMRR参数为100dB,电路增益为10倍时,如果选用1%精度的电阻,电路整体的CMRR只有48dB,即便选用昂贵的0.1%精度的电阻,电路整体的CMRR也只能达到68dB,都远低于运放器件自身的CMRR参数。本文档通过理论计算和仿真证明所提供的计算方法非常准确有效,可以帮助设计者快速了解电路的整体CMRR水平。
共模抑制比CMRR的定义
【资料图】
共模抑制比,定义为电路中差模增益与共模增益的比值,其公式如下:
一般用对数形式来表述,定义为
共模电压与差模电压接入电路示意图见 Figure 1:
** Figure 1共模电压与差模电压示意图**
对于运放器件自身来说,简化等效模型下,其两个输入端的电压差与输出电压存在以下关系:
Vp是同相输入端电压,Vn是反相输入端电压,CMRROPA是运放器件自身共模抑制比。
AOL是运放的开环增益,Vos是运放的失调电压。
差分放大电路的共模抑制比
CMRR****计算方法
非理想运放由于共模抑制比CMRR有限,低频处CMRR值一般有80dB以上,再加上外部4个电阻的误差,差分放大电路整体的CMRR值会下降。典型的差分放大电路图如 Figure 2:
Figure 2典型的差分放大电路图
根据共模抑制比CMRR的定义,计算使用非理想运放差分放大电路的CMRR值,分为三步,第一步先计算
第二步再计算
第三步计算
1) 计算电路整体Acm_total
Figure 3 对共模电压的差分放大电路图
根据公式 ( 2-1),有
经过一系列合并同类项和化简后,得出:
此公式可以用于准确计算输入Vcm下输出的电压。
2) 计算电路整体Adm_total
Figure 4 对差模电压的差分放大电路图
根据公式( 2-1),有
经过一系列合并同类项和化简后,得出:
此公式可以用于准确计算输入Vdm**下输出的电压。
3) 计算电路整体****CMRRtotal
4) 计算由电阻值误差引起的CMRRtotal
为了方便使用市面上常用的电阻值误差百分比来计算,
设 R1=G×R×(1+K),R2=R×(1-K),R3=R×(1+K) ,R4=G×R×(1-K) ,
此时由4个电阻引起的不平衡程度是最大的。
其中G是理论上差分放大电路的增益,K是电阻的精度。
Figure 5 变更后对共模电压的差分放大器电路图
把 R1、 R2、 R3、R4代入公式 * (3-5)* ,并且经过一系列合并同类项和化简得,
其中,CMRROPA是运放器件自身给出的共模抑制比值,G是电路的理论增益,K是电阻的精度。
下表给出差分放大电路常见增益、电阻精度得出的CMRR值。假设运放自身 CMRR = 100dB。
从上表的数据可知,差分放大电路整体的CMRRtotal更多是外部4个电阻的精度来决定的,运放器件自身的CMRR值远远大于电路整体的值,所以一味的追求运放高CMRR值,而忽视了外部电阻网络精度带来的影响是不正确的。
**5) 计算任意输入电压下的输出电压 ** (本节内容与CMRR计算无关,仅为展示计算Vout)
Figure 6 对不同输入电压的差分放大电路图
根据公式( 2-1),得出:
其中AOL是运放的开环增益CMRROPA是运放器件自身的共模抑制比,Vos是运放的失调电压。
此公式可以用于准确计算两个输入电压 V1、V2下输出的电压。
仿真验证
举例验证 Figure 7 电路中,G = 10,k = 1%,电路整体的CMRR值。
1) 理论计算电路的共模抑制比CMRRtotal
根据公式 (3-6),计算CMRRtotal
对数形式为
2) 仿真验证电路的共模抑制比CMRRtotal
仿真软件中设置V os=3mV,AOL=*200* *k* ,CMRR *OPA* =100*d**B*
输入V cm=1V,V out=-70.741mV仿真结果
Figure 7 验证电路输入 V cm=*1V 时的输出电压*
输入V cm=11v,仿真结果V out=-442.08mV
Figure 8 验证电路输入 V cm=11V时的输出电压
所以实测
对数形式为
输入V dm=10mV,仿真结果V out=68.222mV
Figure 9 验证电路输入 V dm=10mV时的输出电压
输入V dm=20mV,仿真结果V out=170.05mV
Figure 10 验证电路输入 V dm=20mV时的输出电压
所以实测
对数形式为
实测
对数形式为
结论
通过对比CMRRtotal理论计算值(48.76dB)与仿真软件实测值(48.79dB)可知,本文档的计算方法非常准确有效,可以在短时间内帮助设计者了解电路的 CMRRtotal水平。
关键词:
还在苦苦寻找优秀经典的名言吗?为大家整理的关于法律的名言警句
关于法律的名言警句(精选220句)在日常学习、工作或生活中,大家都有令自己印象深刻的名言吧,巧用名言有助于我们正确对待学习、生活、成长
怎样写方案才更能起到其作用呢?整理的项目合作实施方案
项目合作实施方案5篇为保证事情或工作高起点、高质量、高水平开展,往往需要预先进行方案制定工作,方案指的是为某一次行动所制定的计划类
楚辞影响最大的作品 《离骚》全文对照翻译
《离骚》全文对照翻译《离骚》是屈原的代表作,创作于楚怀王时期屈原遭谗被疏之时,是楚辞影响最大的作品。下面是《离骚》全文对照翻译...
写申请书时理由总是不够充分?为大家整理的退学申请书
退学申请书(精选12篇)在一步步向前发展的社会中,申请书在现实生活中使用广泛,申请书不同于其他书信,是一种专用书信。写申请书时理由总是
都有哪些类型的话语呢?为大家收集的感恩老师的话精选150句
感恩老师的话在生活、工作和学习中,越来越多人喜欢发表话语,话语是特定社会语境中人与人之间从事沟通的具体言语行为。那么都有哪些类...
关于我们 加入我们 联系我们 商务合作 粤ICP备18023326号-32
中国创氪网 www.chuanganwang.cn 版权所有
投稿投诉联系邮箱:85 572 98@qq.com