【测控电路】三运放高共模抑制比放大电路

三运放高共模抑制比放大电路

ref 测控电路第五版

来自传感器的信号通常有很大的共模电压, 一般用差动输入集成运放抑制, 但要求外界电阻完全平衡对称, 运放有理想特性.

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• 三个集成运放组成, $N_1{N}_2$为两个性能(输入阻抗,共模抑制比,增益)一致的同相输入通用集成运放, 构成平衡对称差动放大输入级, $N_3$构成双端输入单端输出的输出级, 抑制$N_1{N}_2$的共模信号
• 输入级
  • 流过$R_1,R_0,R_2$的电流$I_R$
    $$I_R=\frac{u_{o2}-u_{i2}}{R_2}=\frac{u_{i1}-u_{o1}}{R_1}=\frac{u_{i2}-u_{i1}}{R_0}$$
  • 运放$N_2{N}_1$输出差
    $$u_{o2}-u_{o1}=(1+\frac{R_1+R_2}{R_0})(u_{i2}-u_{i1})$$
  • 差模增益
    $$K_d=\frac{u_{o2}-u_{o1}}{u_{i2}-u_{i1}}=1+\frac{R_1+R_2}{R_0}$$
  • 输入级共模抑制比
    $$CMR{R}_{12}=\frac{CMR{R}_{1}CMR{R}_2}{|CMR{R}_1-CMR{R}_2|}$$
  • 若$N_1$ $N_2$的共模抑制比不等, 引入附加共模误差, 降低电路共模抑制能力
• 输出级
  • 输出级共模增益
    $$K_{c3}=\frac{R_6}{R_4+R_6}(1+\frac{R_5}{R_3})-\frac{R_5}{R_3}$$
  • 输出级共模抑制比
    $$CMR{R}_3^{\prime }=\frac{CMR{R}_{3}CMR{R}_R}{CMR{R}_3+CMR{R}_R}$$
    • $CMR{R}_3$ 运放$N_3$的共模抑制比
    • $CMR{R}_R$ 外接不对称电阻限制的共模抑制比 $CMR{R}_3=(1+K_{d3})/(4\delta )$
• 共模抑制比
  $$CMRR=\frac{K_{d}CMR{R}_3^{\prime }CMR{R}_{12}}{|K_{d}CMR{R}_1+CMR{R}_{12}|}$$
• 在$N_3$的两个输入端接入$R_7,R_8,R_p$共模补偿电路, 补偿电阻不对称