測(cè)量放大器共模抑制能力的研究及分析計(jì)算

　　摘要：測(cè)量放大器具有很強(qiáng)的抑制共模信號(hào)的能力，但由于電路的分析過(guò)程非常復(fù)雜，通常只在電路理想情況下，給出電路的差模增益。本文在電路非理想的情況下，分析了測(cè)量放大器抑制共模信號(hào)的機(jī)理，給出了放大器的差模、共模增益以及共模抑制比表達(dá)式。結(jié)論對(duì)測(cè)量放大器的設(shè)計(jì)和應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

　　關(guān)鍵詞：測(cè)量放大器；非理想電路；共模抑制比

　　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(guò)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(jiàn)，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(méi)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(méi)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。