測量放大器共模抑制能力的研究及分析計算

　　摘要：測量放大器具有很強的抑制共模信號的能力，但由于電路的分析過程非常復雜，通常只在電路理想情況下，給出電路的差模增益。本文在電路非理想的情況下，分析了測量放大器抑制共模信號的機理，給出了放大器的差模、共模增益以及共模抑制比表達式。結論對測量放大器的設計和應用具有一定的指導意義。

　　關鍵詞：測量放大器；非理想電路；共模抑制比

　　引言

　　測量放大器具有輸入阻抗高、共模抑制比大等特點，因而得到了廣泛的應用。但由于電路的分析復雜，通常只給出理想情況下放大器的差模增益，而難以給出其在非理想情況下的共模抑制比表達式。

　　本文以圖1 所示的測量放大器為基礎，在電路非理想情況下，對該電路抑制共模信號的原理進行了分析，并給出了共模抑制比的表達式，得出了放大器的共模抑制比約為第一級放大電路的差模電壓增益和第二級放大電路的共模抑制比的乘積、抑制共模信號主要由第二級放大電路來完成的結論。該結論對測量放大器的設計和應用都具有一定的指導意義。

　　電路的共模抑制比

　　在圖1 所示電路中，設運放A1和A2的差模、共模電壓增益分別為Aud1、Aud2、Auc1、Auc2。如果忽略輸入偏置電流，可以列出下列方程：

　　式中： 分別為運放A1 和A2的反相輸入端電壓。

　　在實際電路中，為了提高電路抑制共模干擾的能力，第一級兩個運放A1和A2的特性一致性要好第二級差動放大器中的4 個電阻要精密配合（R3=R5，R4=R6），并取R1=R2，且固定不變，通過改變RG來調整電路的增益。

　　由式（1）~（4）得放大器第一級電路的差模電壓增益AudI為：

　　第一級電路的共模電壓增益AucI為：

　　式中：

　　通常，由式（5）、式（6）得：

　　由式（7）、式（8） 可見，第一級電路的作用是對差模信號進行放大，對共模信號幾乎沒有抑制作用。

　　設A3電路的差模、共模電壓增益分別為Aud3、Auc3。

　　同樣忽略輸入偏置電流，則有：

　　式中：

　　由式（9）得：

　　當時：

　　故放大器的差模電壓增益：

　　共模電壓增益：

　　共模抑制比為：

　　由式（14）可知，放大器的共模抑制比約等于

　　放大器的第一級電路的差模增益AudI與第二級電路的

　　共模抑制比KCMR3的乘積。

　　結論

　　測量放大器的第一級電路只對差模信號有一定的放大作用，而對共模信號幾乎沒有抑制作用，對共模信號的抑制作用主要由第二級電路來完成，放大器的共模抑制比約為第一級電路的差模電壓增益和第二級電路的共模抑制比的乘積。