了解三運放儀表放大器
出處:維庫電子市場網(wǎng) 發(fā)布于:2023-07-12 16:39:25 | 736 次閱讀
圖 1 所示的三運放結(jié)構(gòu)是一種常用的儀表放大器電路,可提供高 CMRR 以及平衡的高輸入阻抗。
上面的示意圖可以分解為兩部分。輸入級主要充當(dāng)緩沖器。輸出級是前一篇文章中討論過的差分放大器。正如我們將在下面看到的,三運放儀表放大器采用了巧妙的架構(gòu),具有一些有趣的功能。高、平衡的輸入阻抗
節(jié)點 A 和 B 都連接到相應(yīng)運算放大器的非反相輸入。這提供了高、平衡的輸入阻抗,而無需訴諸復(fù)雜的反饋技術(shù)。
輸入級可提供高差分增益和 CMRR
我們首先計算輸入級的差分增益。負(fù)反饋以及運算放大器的高增益將迫使 A 1和 A 2的反相輸入和同相輸入具有相同的電壓。因此,我們有:
\[v_{n1}=v_B\]
\[v_{n2}=v_A\]
通過 R G以及因此通過 R 5和 R 6 的電流將為:
\[I_R=\frac{v_{n1}-v_{n2}}{R_G}=\frac{v_B-v_A}{R_G}\]
因此,當(dāng)R 5 =R 6時,差分放大器輸入端的電壓差將為:
\[v_{n3}-v_{n4}=(R_5+R_G+R_6) \times I_R=(2R_5+R_G) \times \frac{v_B-v_A}{R_G}\]
這簡化為
\[v_{n3}-v_{n4}=\left ( \frac{2R_5}{R_G}+1 \right )\times (v_B-v_A)\]
公式1
我們知道差分放大器的增益為:
\[v_{out}=\frac{R_2}{R_1}(v_{n4}-v_{n3})\]
因此,我們有:
\[v_{out}=\frac{R_2}{R_1}\left ( \frac{2R_5}{R_G}+1 \right )\times (v_{A}-v_{B})\]
因此,電路的總差模增益為:
\[A_d=\frac{R_2}{R_1}\left ( \frac{2R_5}{R_G}+1 \right )\]
公式 1 顯示輸入級的差分增益 A d1可以通過選擇 R 5和 R G的值進(jìn)行調(diào)整。例如,對于圖 1 中的典型值且 R 5 = 50 kΩ,A d1將為:
\[A_{d1}=\frac{v_{n3}-v_{n4}}{v_B-v_A}= \frac{2R_5}{R_G}+1=\frac{2 \times 50 k \Omega}{100 \歐米茄}+1=1001\]
公式2
輸入級的共模增益是多少?根據(jù)以上分析,當(dāng)v A =v B時,R G兩端的電壓將為零。因此,沒有電流流過R 5、R G和R 6;我們有:
\[v_{n3}=v_{n4}=v_A=v_B\]
總而言之,輸入級可以為我們提供較大的差分增益,同時以單位增益?zhèn)鬟f共模信號。這導(dǎo)致輸入級的 CMRR 相對較高。接下來,差分放大器將進(jìn)一步抑制該殘余共模信號。輸入級的一個有趣特性是增加差分增益也會增加 CMRR。
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