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.

三个集成运放组成, N1N2N_1~N_2N1 N2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, N3N_3N3构成双端输入单端输出的输出级, 抑制N1N2N_1~N_2N1 N2的共模信号
输入级
- 流过R1,R0,R2R_1, R_0, R_2R1,R0,R2的电流IRI_RIR
  IR=uo2−ui2R2=ui1−uo1R1=ui2−ui1R0I_R=\frac{u_{o2}-u_{i2}}{R_2}=\frac{u_{i1}-u_{o1}}{R_1}=\frac{u_{i2}-u_{i1}}{R_0}IR=R2uo2−ui2=R1ui1−uo1=R0ui2−ui1
- 运放N2N1N_2~N_1N2 N1输出差
  uo2−uo1=(1+R1+R2R0)(ui2−ui1)u_{o2}-u_{o1}=(1+\frac{R_1+R_2}{R_0})(u_{i2}-u_{i1})uo2−uo1=(1+R0R1+R2)(ui2−ui1)
- 差模增益
  Kd=uo2−uo1ui2−ui1=1+R1+R2R0K_d=\frac{u_{o2}-u_{o1}}{u_{i2}-u_{i1}}=1+\frac{R_1+R_2}{R_0}Kd=ui2−ui1uo2−uo1=1+R0R1+R2
- 输入级共模抑制比
  CMRR12=CMRR1CMRR2∣CMRR1−CMRR2∣CMRR_{12}=\frac{CMRR_1 CMRR_2}{|CMRR_1-CMRR_2|}CMRR12=∣CMRR1−CMRR2∣CMRR1CMRR2
- 若N1N_1N1 N2N_2N2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
  Kc3=R6R4+R6(1+R5R3)−R5R3K_{c3}=\frac{R_6}{R_4+R_6}(1+\frac{R_5}{R_3})-\frac{R_5}{R_3}Kc3=R4+R6R6(1+R3R5)−R3R5
- 输出级共模抑制比
  CMRR3′=CMRR3CMRRRCMRR3+CMRRRCMRR_3'=\frac{CMRR_3~CMRR_R}{CMRR_3+CMRR_R}CMRR3′=CMRR3+CMRRRCMRR3 CMRRR
  - CMRR3CMRR_3CMRR3 运放N3N_3N3的共模抑制比
  - CMRRRCMRR_RCMRRR 外接不对称电阻限制的共模抑制比 CMRR3=(1+Kd3)/(4δ)CMRR_3=(1+K_{d3})/(4\delta)CMRR3=(1+Kd3)/(4δ)
共模抑制比
CMRR=KdCMRR3′CMRR12∣KdCMRR1+CMRR12∣CMRR=\frac{K_dCMRR_3'CMRR_{12}}{|K_dCMRR_1+CMRR_{12}|}CMRR=∣KdCMRR1+CMRR12∣KdCMRR3′CMRR12
在N3N_3N3的两个输入端接入R7,R8,RpR_7, R_8, R_pR7,R8,Rp共模补偿电路, 补偿电阻不对称

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