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一文詳解運放CMRR的具體計算

發(fā)布人:yingjian 時間:2023-11-06 來源:工程師 發(fā)布文章
CMRR(Common Mode Rejection Ratio)的絕對值越大對共模電壓的抑制能力越強,本文主要討論在實際應用中OPA關(guān)于CMRR的計算具體案例。

1.CMRR定義

   差分電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)的比值。

2.什么是共模電壓VCM

   定義為同相和反相輸入端的電壓的平均值,即: VCM=( VIN+ + VIN-)/2。如下圖,同相輸入放大器的VCM=VIN,反相放大器的VCM=0


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3.什么是差模電壓VID?   定義為同相輸入端相對于反向輸入端的差值,即VID=VIN+ - VIN-。理想的OPA VIN+ = VIN-,但是由于運放內(nèi)部的輸入電路中固有的不匹配,導致Vos的存在。4.CMRR概念理解:   由于共模電壓的存在導致輸入差分對的偏置點改變從而導致Vos改變。因此CMRR就是描述隨著共模電壓變化,Vos變化的大小,即ΔVos/ΔVcm。CMRR=20log10^(ΔVos/ΔVcm)注意:當CMRR<0, CMRR=20log10^(ΔVos/ΔVcm),CMRR>0,CMRR=20log10^( ΔVcm/ΔVos)。本質(zhì)是相同的,都是對共模電壓變化引起的Vos變化抑制能力的描述。5.當VCM=20VDC,案例計算:以TL072C為例,CMRR=100dB(TYP),Vos=3mV(TYP)。當VCM=20VDC,當同相比例放大,Gain=2, 電阻阻值100kΩ,如下圖。


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CMRR=-100dB=20log10^(ΔVos/ΔVCM)10^(100dB/20)=10^(-5)CMRR DC=1μV/VVos_CMRR=1μV/V*20V=20μV由于其Vos=3mV,因此基本可以忽略由CMRR帶來的輸入誤差。6.當VCM=20Vpp_100kHz,案例計算:以TL072C為例,當VCM為幅值20V,頻率為100kHz的正弦信號時,同相比例放大,Gain=2, 電阻阻值100kΩ,如下圖。


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運放的CMRR是隨頻率的增加而降低的,Datasheeft中通常會給出一個曲線來表示這一變化。如下圖:


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     同樣的,計算CMRR_100kHz=20log10^(ΔVos/ΔVCM)=-82dB。可以得到Vos_CMRR=12.6μV/V*20V=0.252mV。     對于高精度的OPA來說,Vos只有幾個μV, 當CMRR帶來的Vos_CMRR甚至是OPA本身Vos好幾倍,那么選擇高精度OPA就失去了意義。     共模干擾電壓的一種常見來源是50Hz或者60Hz交流噪聲。必須注意以保證運放的CMRR不受電路中其他元件的影響而劣化。大電阻會使電路易受共模噪聲的干擾。一般來說可以按比例減小電阻值并增大對應的電容量,以保證電路的相應不變。

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