引言
測(cè)量放大器具有輸入阻抗高、共模抑制比大等特點(diǎn),因而得到了廣泛的應(yīng)用。但由于電路的分析復(fù)雜,通常只給出理想情況下放大器的差模增益,而難以給出其在非理想情況下的共模抑制比表達(dá)式。
本文以圖1 所示的測(cè)量放大器為基礎(chǔ),在電路非理想情況下,對(duì)該電路抑制共模信號(hào)的原理進(jìn)行了分析,并給出了共模抑制比的表達(dá)式,得出了放大器的共模抑制比約為第一級(jí)放大電路的差模電壓增益和第二級(jí)放大電路的共模抑制比的乘積、抑制共模信號(hào)主要由第二級(jí)放大電路來(lái)完成的結(jié)論。該結(jié)論對(duì)測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用都具有一定的指導(dǎo)意義。
電路的共模抑制比
在圖1 所示電路中,設(shè)運(yùn)放A1和A2的差模、共模電壓增益分別為Aud1、Aud2、Auc1、Auc2。如果忽略輸入偏置電流,可以列出下列方程:
式中: 分別為運(yùn)放A1 和A2的反相輸入端電壓。
在實(shí)際電路中,為了提高電路抑制共模干擾的能力,第一級(jí)兩個(gè)運(yùn)放A1和A2的特性一致性要好第二級(jí)差動(dòng)放大器中的4 個(gè)電阻要精密配合(R3=R5,R4=R6),并取R1=R2,且固定不變,通過改變RG來(lái)調(diào)整電路的增益。
由式(1)~(4)得放大器第一級(jí)電路的差模電壓增益AudI為:
第一級(jí)電路的共模電壓增益AucI為:
式中:
通常,由式(5)、式(6)得:
由式(7)、式(8) 可見,第一級(jí)電路的作用是對(duì)差模信號(hào)進(jìn)行放大,對(duì)共模信號(hào)幾乎沒有抑制作用。
設(shè)A3電路的差模、共模電壓增益分別為Aud3、Auc3。
同樣忽略輸入偏置電流,則有:
式中:
由式(9)得:
當(dāng)時(shí):
故放大器的差模電壓增益:
共模電壓增益:
共模抑制比為:
由式(14)可知,放大器的共模抑制比約等于
放大器的第一級(jí)電路的差模增益AudI與第二級(jí)電路的
共模抑制比KCMR3的乘積。
結(jié)論
測(cè)量放大器的第一級(jí)電路只對(duì)差模信號(hào)有一定的放大作用,而對(duì)共模信號(hào)幾乎沒有抑制作用,對(duì)共模信號(hào)的抑制作用主要由第二級(jí)電路來(lái)完成,放大器的共模抑制比約為第一級(jí)電路的差模電壓增益和第二級(jí)電路的共模抑制比的乘積。