运放参数的详细解释和分析-part7,共模抑制比CMRR

       运放的共模拟制比,是常被大家关注的一个运放参数,尤其是在差分放大器和仪表放大器中。但这一小节只讨论运放的共模抑制比,以及CMRR带来给运放的误差。关于差分放大器和仪表放大器,以后另文讨论。

      在开始讨论运放的共模抑制比,我们先了解一下运放的共模输入电压,运放的共模输入电压是指运放的两个输入引脚电压的平均值,注意是“平均值”,这一点很重要,如下图所示。对于双极性输入级的运放,运放的共模输入电压,一般达不到电源轨。而有些rail to rail输入运放的共模电压是可以达到电源轨的。

  

       在理想运放中,运放的差模放大倍数为无穷大,共模放大倍数为0。理想总是美好的,现实总是残酷的。因此实际运放确不是这样的,实际运放的差模放大倍数也不会是无穷大,共模放大倍数也不会是零。我们就这样定义运放的共模抑制比(CMRR),差模增益与共模增益的比,如下式

还有一个参数非常常见,就是CMR,它其实是CMRR的对数表示,如下式:

 

不过这两个参数经常被混用。我们只要了解他们都是在表示,运放对共模信号的抑制能力就可以了。

运放只所以会对共模信号能够进行放大,当然这是我们不期望的,但也是不可避免的。主要来源于下面几个原因:

(1)      运放差入输入级的不匹配。这又可分为以下的原因引起的不匹配:

1)      源极或漏极电阻的不匹配,

2)      信号源电阻

3)      栅极-漏极之间的结电容

4)      正向跨导的不匹配

5)      栅极漏电流

(2)      拖尾电流源的输出阻抗

(3)      拖尾电流源的寄生电容会随频率的变化而变化

下面我们就挑几个上面的原因看一下它们的影响:

(1) 电阻的不匹配,如下图所示,由于电阻的不匹配,一个共模电压的变化ΔVin,会在X,Y点转化为一个差模电压。

计算如下,这个由失配阻ΔRd引入的差模信号,就会转化为差分级输出信号的噪声。

(2) 输入晶体管的不匹配,管子的不匹配,会引起两管子的电流的微小差别,并且两个的跨导是不一样的。

         由于输入级管子的不匹配,会将共模信号转化为一个差模的误差,可以用下面的公式表示,它表示失配跨导引起的CMRR。

 

 

 

 (3) 再介绍一个原因,就是拖尾恒流源的寄生电容会随频率变化而变化。这会引起这个恒流源电流的变化,差分输入端射极或源极电阻用恒流源代替的目的是保持电流恒定和高阻抗。但它的电流如果随频率发生变化,势必降低差分输入端的共模抑制能力。


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