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为何外表放大器的PSRR及CMRR会随增益的进步而改进?

对于仪表放大器,电子工程师在计算由电源或共模电压变化产生的失调偏移时很容易产生困惑。这种困惑的根本原因如下图1 所示。在图 1 中,放大器的电源抑制比 (PSRR) 随放大器增益配置的升高而增加。这

关于外表扩大器,电子工程师在核算由电源或共模电压改变发生的失调偏移时很简单发生困惑。

这种困惑的根本原因如下图1 所示。

在图 1 中,扩大器的电源按捺比 (PSRR) 随扩大器增益装备的升高而添加。这样很简单让人想到,在高增益下发生任何输出偏移,都需求电源的明显改变!

图 1:外表扩大器的典型电源按捺比曲线

但一定要记住:共模按捺比 (CMRR) 和 PSRR 都是输入参阅参数:

PSRR 和 CMRR 界说为输入失调电压改变 ΔVOS(IN) 与电源电压改变 ΔVS 或共模电压改变 ΔVCM 的比值。

为了了解增益对这些参数的影响,请将大多数外表扩大器当作两个串行的扩大器级,一个输入级扩大器(如图 2 中 G1 所示)和一个输出级扩大器(如 G2 所示)。电源或共模电压的改变会形成每个扩大器级失调电压的改变,如图中 ΔVOS1 和 ΔVOS2 所示。

图 2:大多数外表扩大器的概念图

在需求核算输入时,用输入级增益 G1 除第二个失调电压改变 ΔVOS2。最终,因为两个失调改变的极性不知道,或许为正也或许为负,因而可推导出公式 2:

在外表扩大器产品阐明书中可找到该公式,然后可核算出由温度、电源和共模电压等不同要素所引起的输入失调改变值:

图 3:内容摘自产品阐明书,阐明不同要素所导致的输入失调改变。

将公式 2 代入公式 1,就很简单得出增益怎么影响外表扩大器的 PSRR 和 CMRR:

从输入级增益除以第二个扩大器失调电压的改变值 ΔVOS2 能够得出,这两个参数会随增益的进步而增大。

到目前为止,咱们一向重视的仅仅输入失调的改变,但输出端会怎样呢?究竟咱们一般真实关怀的是扩大器输出。很明显,咱们可用 ΔVOS(IN) 乘以扩大器整体增益来核算 ΔVOS(OUT)。

许多外表扩大器的输出级增益都为 1,这就意味着扩大器整体增益由输入级增益决议。这样咱们就可将公式 4 简化为:

因为输入级现已成为首要差错源,因而外表扩大器的 CMRR PSRR 参数可在较高增益下得到改进。可是,还有一个咱们没有评论的影响。仔细的读者在调查图 3 时或许现已留意到了:输出级失调比输入级差。

前面评论了为什么外表扩大器电源按捺比 (PSRR) 及共模按捺比 (CMRR) 会随扩大器增益的进步而改进。

回到外表扩大器的简化模型(如图 4 所示)中,咱们能够再次回想起 PSRR 与 CMRR 都是输入参阅参数。

图 4:外表扩大器的概念模型

在更高的增益下,当需求核算输入时,可用输入级增益除以第二级失调的改变:

(6)

这儿便是二级扩大器概念模型不齐备的当地。例如:假如两个二级扩大器的失调改变相同,并且极性也相同时会怎样呢?也便是说:

(7)

比照增益为 1000 及增益为 1 的扩大器在 PSRR 方面的改进状况:

(8)

假如输入参阅失调改变削减一半,PSRR 就可进步 6dB。可是在将增益从 1 提升至 1000 时,典型外表扩大器的 PSRR 或许会进步达 30dB。明显,ΔVOS1 有必要远远小于 ΔVOS2 才干完成这种水平的改进。

咱们经过仔细调查图 2 中三运算扩大器外表扩大器的内部结构便可理解怎么完成这种或许性。由扩大器 A3 和电阻器 R3、R4、R5 以及 R6 组成的输出级可作为差分扩大器装备。假如电阻器 R3、R4、R5 和 R6 契合以下份额:

(9)

那么输出级就将只扩大输入级的差分电压,按捺两个输入端的共模。

图 5:三运算扩大器外表扩大器的规范拓扑

扩大器的输入级包括两个扩大器:A1 和 A2。电源电压或共模电压的改变会带来这两个扩大器输入失调的相应改变,在图 6 平分别运用 ΔVOS1A 和 ΔVOS1B 表明。

图 6:外表扩大器的输入级扩大器及其各自的失调状况

让咱们来看看这种状况,A1 和 A2 的非反相输入接地,并将输入级增益装备为 1。现在,假定电源电压的改变会导致 A1 和 A2 的输入失调电压发生改变。那么,接地的每个扩大器输出都将在失调电压中反映出这种改变。输入级的输出共模电压将为:

(10)

而输出差分电压则将为:

(11)

前面已提到过输出级差分扩大器按捺共模电压,只要差分电压可传输至输出端。因而,输入级的输入参阅失调改变 (ΔVOS1) 实际上由 ΔVOS1A 与 ΔVOS1B 之差决议,而非其肯定量级!

经过对 IC 进行精心设计与布局,这两种失调就可取得杰出的匹配,然后可将输入级失调改变均匀降至输出级的大约十分之一。

外表扩大器的 CMRR 与 PSRR 参数不会如魔法般地随增益进步而改进,事实上它是多级拓扑与差分扩大器输出级的成果。

输入扩大器的准确匹配与输出级电阻器的正确布局有助于现代 %&&&&&% 外表扩大器为电子工程师供给咱们已习以为常的巨大按捺功用。

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