Part 01

前言

運放的共模抑制比 (CMRR) 是一個重要參數，它表示運放抑制共模信號對運放輸出影響的能力。理想的運算放大器應具有無限大的CMRR，也就是說當運放的兩個輸入具有相同的電壓時，則放大器的輸出應該為零，但是事實上，由于運放的差分輸入級中晶體管參數的不匹配，導致當運放的兩個輸入具有相同的電壓時，在運放的差分輸入級中也會產生偏移電壓，經過電路放大以后，會在運放輸出端產生較大的輸出偏移電壓。

Part 02

共模抑制比的定義

關于共模抑制比的定義，我們經常會看到兩種不同的定義方式，第一種是下面的定義，其中Ad是運放的差模輸入電壓增益，Ac是運放的共模輸入電壓增益。運算放大器對+輸入端和-輸入端的電壓差進行放大，但實際運算放大器中由于共模輸入電壓的變化，運放輸入級電路的直流工作點會發生發生變化，因此差模電壓增益和共模電壓增益會發生變化。理想運放的共模增益為0，差模增益為無窮大，但是實際的運放差模增益是有限的，共模增益由于上面的原因也不為0，為了表征運放共模增益的大小，所以就有了CMRR的概念，它表示的就是運放對共模信號抑制能力的大小，Ac越小，Ad越大，CMRR也就越大。

從上面第一種對于CMRR的定義，我們可以理解CMRR存在的意義是什么，從實用性的角度來說下面這種定義方式將可以讓我們方便的定量計算CMRR對于輸出偏移電壓的計算：

這個公式是如何推理得到的呢？

1.運放的輸出電壓Vout可以通過以下公式計算：

2.基于CMRR=Ad/Ac，帶入上面的式子就能得到：

3.整合一下上面的式子可以得到：

這樣就能得到輸入共模電壓在運放輸入端以及輸出端產生的偏移電壓：

輸入端：偏移電壓=Vcm/CMRR

輸出端：偏移電壓=Ad*Vcm/CMRR

通過上面的推導可以看出較高的CMRR會顯著降低共模信號對輸出的干擾。

比如運放的共模輸入電壓為20V，CMRR為100dB，運放電路放大倍數為100，那么在運放輸入端的偏移電壓為：

100dB=20*log(Ac) ->Ac=10^5

輸入端偏移電壓=20V/10^5=0.2mV

輸出端偏移電壓=0.2mV*100=20mV

所以雖然共模電壓在運放輸入端引起的偏移電壓不大，但是經過徑路放大之后可就不小了。

Part 03

如何得到運放電路的共模抑制比

1.規格書查閱，比如下圖中運放的共模抑制比最小為80dB。

2.需要注意的是運放的共模抑制比會受到輸入信號頻率的影響，比如下面是運放規格書中給出的CMRR-頻率曲線，頻率越高，CMRR越小。

簡單說一下運放的CMRR為什么會受到輸入信號頻率的影響，下圖是運放輸入級的拓撲電路，如果你能想起模擬電路課本里的知識，Re電阻的作用就是降低輸入級兩個晶體管不對稱（參數有差異）的影響，所以Re越大越好，但是畢竟是電阻做不到非常大，所以一般是用恒流源來替代Re，因為恒流源來替代（恒流源的高輸出阻抗使得恒流源能夠在負載變化時維持穩定的輸出電流），但是恒流源的缺點就是運放中的拖尾恒流源存在寄生電容，進而導致頻率會影響恒流源等效阻抗的大小。

Part 04

留個問題

是不是在規格書中看到的運放的共模抑制比就是運放電路的實際共模抑制比呢？共模抑制比還受到哪些不可忽視的關鍵因素的影響呢？知道答案的可以在留言區回復哈，下一篇文章我們會詳細說明。