Part 01

前言

運(yùn)放的共模抑制比 (CMRR) 是一個(gè)重要參數(shù)，它表示運(yùn)放抑制共模信號(hào)對(duì)運(yùn)放輸出影響的能力。理想的運(yùn)算放大器應(yīng)具有無限大的CMRR，也就是說當(dāng)運(yùn)放的兩個(gè)輸入具有相同的電壓時(shí)，則放大器的輸出應(yīng)該為零，但是事實(shí)上，由于運(yùn)放的差分輸入級(jí)中晶體管參數(shù)的不匹配，導(dǎo)致當(dāng)運(yùn)放的兩個(gè)輸入具有相同的電壓時(shí)，在運(yùn)放的差分輸入級(jí)中也會(huì)產(chǎn)生偏移電壓，經(jīng)過電路放大以后，會(huì)在運(yùn)放輸出端產(chǎn)生較大的輸出偏移電壓。

Part 02

共模抑制比的定義

關(guān)于共模抑制比的定義，我們經(jīng)常會(huì)看到兩種不同的定義方式，第一種是下面的定義，其中Ad是運(yùn)放的差模輸入電壓增益，Ac是運(yùn)放的共模輸入電壓增益。運(yùn)算放大器對(duì)+輸入端和-輸入端的電壓差進(jìn)行放大，但實(shí)際運(yùn)算放大器中由于共模輸入電壓的變化，運(yùn)放輸入級(jí)電路的直流工作點(diǎn)會(huì)發(fā)生發(fā)生變化，因此差模電壓增益和共模電壓增益會(huì)發(fā)生變化。理想運(yùn)放的共模增益為0，差模增益為無窮大，但是實(shí)際的運(yùn)放差模增益是有限的，共模增益由于上面的原因也不為0，為了表征運(yùn)放共模增益的大小，所以就有了CMRR的概念，它表示的就是運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)抑制能力的大小，Ac越小，Ad越大，CMRR也就越大。

從上面第一種對(duì)于CMRR的定義，我們可以理解CMRR存在的意義是什么，從實(shí)用性的角度來說下面這種定義方式將可以讓我們方便的定量計(jì)算CMRR對(duì)于輸出偏移電壓的計(jì)算：

這個(gè)公式是如何推理得到的呢？

1.運(yùn)放的輸出電壓Vout可以通過以下公式計(jì)算：

2.基于CMRR=Ad/Ac，帶入上面的式子就能得到：

3.整合一下上面的式子可以得到：

這樣就能得到輸入共模電壓在運(yùn)放輸入端以及輸出端產(chǎn)生的偏移電壓：

輸入端：偏移電壓=Vcm/CMRR

輸出端：偏移電壓=Ad*Vcm/CMRR

通過上面的推導(dǎo)可以看出較高的CMRR會(huì)顯著降低共模信號(hào)對(duì)輸出的干擾。

比如運(yùn)放的共模輸入電壓為20V，CMRR為100dB，運(yùn)放電路放大倍數(shù)為100，那么在運(yùn)放輸入端的偏移電壓為：

100dB=20*log(Ac) ->Ac=10^5

輸入端偏移電壓=20V/10^5=0.2mV

輸出端偏移電壓=0.2mV*100=20mV

所以雖然共模電壓在運(yùn)放輸入端引起的偏移電壓不大，但是經(jīng)過徑路放大之后可就不小了。

Part 03

如何得到運(yùn)放電路的共模抑制比

1.規(guī)格書查閱，比如下圖中運(yùn)放的共模抑制比最小為80dB。

2.需要注意的是運(yùn)放的共模抑制比會(huì)受到輸入信號(hào)頻率的影響，比如下面是運(yùn)放規(guī)格書中給出的CMRR-頻率曲線，頻率越高，CMRR越小。

簡單說一下運(yùn)放的CMRR為什么會(huì)受到輸入信號(hào)頻率的影響，下圖是運(yùn)放輸入級(jí)的拓?fù)潆娐罚绻隳芟肫?a href="http://m.1cnz.cn/analog/" target="_blank">模擬電路課本里的知識(shí)，Re電阻的作用就是降低輸入級(jí)兩個(gè)晶體管不對(duì)稱（參數(shù)有差異）的影響，所以Re越大越好，但是畢竟是電阻做不到非常大，所以一般是用恒流源來替代Re，因?yàn)楹懔髟磥硖娲ê懔髟吹母咻敵鲎杩故沟煤懔髟茨軌蛟谪?fù)載變化時(shí)維持穩(wěn)定的輸出電流），但是恒流源的缺點(diǎn)就是運(yùn)放中的拖尾恒流源存在寄生電容，進(jìn)而導(dǎo)致頻率會(huì)影響恒流源等效阻抗的大小。

Part 04

留個(gè)問題

是不是在規(guī)格書中看到的運(yùn)放的共模抑制比就是運(yùn)放電路的實(shí)際共模抑制比呢？共模抑制比還受到哪些不可忽視的關(guān)鍵因素的影響呢？知道答案的可以在留言區(qū)回復(fù)哈，下一篇文章我們會(huì)詳細(xì)說明。