差分放大器电路(如图1所示)在模拟技术中需要用于各种应用。其中一个例子是测量技术,根据应用的不同,可能需要极高的测量精度。为了达到这种精度,必须最小化典型的误差源,如失调和增益误差,以及噪声、容差和漂移。为此,使用高精度运算放大器。同样重要的是放大器电路的外部元件,尤其是电阻器,它们应该具有匹配的比率,而不是任意选择的比率。
图1.常规差分放大器电路。
理想情况下,差分放大器电路中的电阻应以相同的比率(R2/R1 = R4/R3)的方式选择。与这些比率的任何偏差都会导致不希望的共模误差。差分放大器抑制该共模误差的能力以共模抑制比(CMRR)给出。它指示输出电压在相同输入电压(共模电压)下如何变化。在最好的情况下,输出电压不应改变,因为它仅取决于两个输入电压之间的差异(最大CMRR);但是,实际情况有所不同。CMRR是差分放大器电路的一个重要特性,通常以dB为单位
对于图1所示的差分放大器电路,CMRR由放大器本身以及外部连接的电阻决定。后者与电阻相关的CMRR在本文的其余部分由索引“R”表示,并使用以下公式计算:
例如,如果期望增益G = 1,并且在放大器电路中使用容差为1%的电阻与2%匹配,则共模抑制比为
或以分贝为单位
在 34 dB 时,共模抑制比R相对较低。在这种情况下,即使放大器具有非常好的CMRR,也无法实现高精度,因为链的强度始终取决于其最薄弱的环节。因此,对于精确的测量电路,所选的电阻也必须非常精确。
传统电阻器在实践中没有恒定的值。它们承受机械载荷和温度的影响。根据要求,可以使用具有不同容差或匹配电阻对或网络的电阻器,这些电阻器大部分采用薄膜技术制造,并提供精确的比率稳定性。利用这些匹配电阻网络 (例如,LT5400 四通道匹配电阻网络),放大器电路的整体 CMRR 可以显著改善。LT5400 电阻器网络由于其在整个温度范围内的出色匹配,尤其是与差分放大器电路结合使用时,可确保其 CMRR 优于分立电阻器两倍。
图2.采用LT5400的差分放大器电路。
因此,LT5400 提供了 0.005% 的匹配,从而产生了一个 CMRRR86分贝。
然而,放大器电路的总共模抑制比(CMRR总)由电阻CMRR组合而成R和运算放大器的共模抑制比(CMRROP).对于差分放大器,使用公式3计算:
对于典型的 CMRROP112 dB,例如,由 LT1468 提供,以及 LT5400 的增益为 G = 1,CMRR 产生的值为 85.6 dB总.
或者,集成差分放大器(如 LTC6363)也可以 使用。这种类型的放大器已经包含实际的放大器,并且最佳 片中匹配的电阻。它几乎消除了所有问题 上面提到,同样在CMRR值下提供最大精度 超过 90 分贝。
审核编辑:郭婷
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