凡亿专栏 | 一文详解运放CMRR的具体计算
一文详解运放CMRR的具体计算


CMRR(Common Mode Rejection Ratio)的绝对值越大对共模电压的抑制能力越强,本文主要讨论在实际应用中OPA关于CMRR的计算具体案例。

         

1.CMRR定义:

   差分电压放大倍数与共模电压放大倍数的比值。

2.什么是共模电压VCM?

   定义为同相和反相输入端的电压的平均值,即: VCM=( VIN    VIN-)/2。如下图,同相输入放大器的VCM=VIN,反相放大器的VCM=0

         

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3.什么是差模电压VID?   定义为同相输入端相对于反向输入端的差值,即VID=VIN  - VIN-。理想的OPA VIN  = VIN-,但是由于运放内部的输入电路中固有的不匹配,导致Vos的存在。4.CMRR概念理解:   由于共模电压的存在导致输入差分对的偏置点改变从而导致Vos改变。因此CMRR就是描述随着共模电压变化,Vos变化的大小,即ΔVos/ΔVcm。CMRR=20log10^(ΔVos/ΔVcm)注意:当CMRR<0, cmrr="20log10^(ΔVos">当CMRR>0,CMRR=20log10^( ΔVcm/ΔVos)。其本质是相同的,都是对共模电压变化引起的Vos变化抑制能力的描述。
5.当VCM=20VDC,案例计算:以TL072C为例,CMRR=100dB(TYP),Vos=3mV(TYP)。当VCM=20VDC,当同相比例放大,Gain=2, 电阻阻值100kΩ,如下图。

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CMRR=-100dB=20log10^(ΔVos/ΔVCM)10^(100dB/20)=10^(-5)CMRR DC=1μV/VVos_CMRR=1μV/V*20V=20μV由于其Vos=3mV,因此基本可以忽略由CMRR带来的输入误差。6.当VCM=20Vpp_100kHz,案例计算:以TL072C为例,当VCM为幅值20V,频率为100kHz的正弦信号时,同相比例放大,Gain=2, 电阻阻值100kΩ,如下图。

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运放的CMRR是随频率的增加而降低的,Datasheeft中通常会给出一个曲线来表示这一变化。如下图:

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     同样的,计算CMRR_100kHz=20log10^(ΔVos/ΔVCM)=-82dB。可以得到Vos_CMRR=12.6μV/V*20V=0.252mV。     对于高精度的OPA来说,Vos只有几个μV, 当CMRR带来的Vos_CMRR甚至是OPA本身Vos好几倍,那么选择高精度OPA就失去了意义。     共模干扰电压的一种常见来源是50Hz或者60Hz交流噪声。必须注意以保证运放的CMRR不受电路中其他元件的影响而劣化。大电阻会使电路易受共模噪声的干扰。一般来说可以按比例减小电阻值并增大对应的电容量,以保证电路的相应不变。
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