深入了解运算放大器：运算放大器共模抑制比参数解读

在这篇文章中，小编将为大家带来运算放大器的相关报道。如果你对本文即将要讲解的内容存在一定兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、什么是运放

运放(operational amplifier,简称OPA）能对信号进行数学运算的放大电路。它曾是模拟计算机的基础部件，因而得名。采用集成电路工艺制做的运算放大器，除保持了原有的很高的增益和输入阻抗的特点之外，还具有精巧、廉价和可灵活使用等优点，因而在有源滤波器、开关电容电路、数-模和模-数转换器、直流信号放大、波形的产生和变换，以及信号处理等方面得到十分广泛的应用。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。由于早期应用于模拟计算机中，用以实现数学运算，故得名“运算放大器”，此名称一直延续。运放是一个从功能的角度命名的电路单元，可以由分立的器件实现，也可以实现在半导体芯片当中。随着半导体技术的发展，如今绝大部分的运放是以单片的形式存在。

二、运算放大器共模抑制比参数解读

共模抑制比是运放一项非常重要的指标，但在设计电路时我们时常会忽略它的重要性。首先简单介绍一下共模信号与差模信号的概念。如下图1所示，L1，L2为两条传输线，R为负载电阻，传输线中蓝色箭头表示差模信号的流动路径，可见其在两条传输线中大小相等方向相反，承载着我们或者说R“需要的”信号。而两条传输线中绿色箭头表示的是差模信号的流动路径，可见其在两条传输线中大小相等方向相同，承载着我们或者说R“不需要的”信号，其与大地构成回路。

图1 共模差模信号示意图

理解共模差模信号后我们容易发现反向输入端运放几乎不存在共模信号问题。如图2的反向比例放大电路，由于Vp已经接地且运放正常工作时处于深度负反馈状态所以Vn=Vp=0，可见此时运放的两个输入端电压与地不存在电势差所以也不会有共模电压问题。

图2 反向比例放大电路

共模抑制比表示为运放对差模信号的增益Adm与对共模型号的增益Acm之比，通常以分贝为单位表示如下：

常见的运放低频CMRR一般在70dB~120dB，更高的可达150dB左右。另外输入信号的频率对CMRR有很大的影响，如下图3为ADI LT1358运放的CMRR随频率的关系，可以看到随着频率的增大CMRR迅速衰减。这是为什么呢？这是因为集成运放各级之间存在寄生耦合电容，这些寄生电容随着频率的升高容抗快速下降从而导致对共模信号抑制能力减弱。

图3 LT1358 CMRR vs frequency

那在设计实际运算电路时我们是不是选用CMRR尽可能大的运放就可以实现很好的共模抑制效果呢？答案是否定的。其实上述介绍的是运放自身对共模信号的抑制能力，实际中为了使整个运算电路达到较高的共模抑制能力，我们还需要合理设计运放的外围电路才能更好地抑制共模型号。以下图4常见的差分放大电路为例。

图4 差分放大电路

当电路输入共模型号即Vcm=V1=V2时共模增益Acm为

当电路输入差模型号即Vdm=V1-V2时差模增益Adm为

至此我们可以求出整个电路的共模增益CMRR为

由此可知为了使CMRR尽可能大我们不仅需要需用高CMRR的运放，而且需要保证

理论上这个条件非常容易实现，但是实际电阻均存在误差，即使用高精度电阻也有0.01%的误差率而且其价格较普通电阻高出很多，因此在考虑成本与电路效果之间我们需要trade off才有可能设计出使用且可行的电路。

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