差動(dòng)前置放大器設(shè)計(jì)

1、差動(dòng)前置放大器設(shè)計(jì)前置放大器系在輸入信號(hào)電壓很小的情況下，將其放大到容易處里的準(zhǔn)電位(level),對(duì)于傳送到后段放大系統(tǒng)之信號(hào)，及對(duì)A-D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)之精確有甚大的影響。因此，前置放大器需要：1低漂移性及低噪聲。2良好的外部噪聲免除力。3高增益等特性。使用低漂移之運(yùn)算放大器前置放大器，除了從以前使用斬波(chopper)型或斬波安定型之0P放大器，及現(xiàn)在要求0.5pV/C以下之超低漂移之應(yīng)用外，大部分使用直接耦合型OP放大器。其理由如下所述：1單片機(jī)技術(shù)使大量生產(chǎn)變成可能，故使用起來(lái)方便。20P放大器種類(lèi)很多。3容易入門(mén)。4除了漂移缺點(diǎn)以外，各項(xiàng)電特性都很優(yōu)越。5處理容易。6差動(dòng)輸入容易。7小型

2、，重量輕。使用直接耦合型0P放大器，可以構(gòu)成簡(jiǎn)單之運(yùn)放差動(dòng)放大器，又差動(dòng)放大器能除去共態(tài)噪聲(commonmodenoise)，對(duì)于使用低位準(zhǔn)信號(hào)的前置放大器很適合。圖1所示，使用一個(gè)0P放大器構(gòu)成基本的差動(dòng)放大器，所謂差動(dòng)放大，系加上兩個(gè)輸入信號(hào)時(shí)，只放大信號(hào)差值，當(dāng)然具備有效放大器之性能，將兩輸入的信號(hào)予以放大，其放大的幅度稱(chēng)為差動(dòng)增益，通常差動(dòng)放大器之增益即指差動(dòng)增益。就圖1來(lái)看，差動(dòng)增益Avd表示如下：Avd=eod/eid(1)另一方面，差動(dòng)放大器具有共態(tài)輸入信號(hào)之放大率，其值甚小，特別是在兩輸入信號(hào)等振幅時(shí)，放大率更小。對(duì)于同相位，等振幅之輸入信號(hào)之增益，稱(chēng)為共態(tài)增益，以Avc表示

3、：圖1基本的差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器具有：對(duì)共態(tài)輸入之增益比差動(dòng)輸入之增益甚低之性質(zhì)。若兩輸入信號(hào)以同相位加入的話，只有兩輸入間的信號(hào)差被取出放大。又共態(tài)信號(hào)之影響很小而僅拾取差動(dòng)信號(hào)之程度，作為差動(dòng)放大器之好壞標(biāo)準(zhǔn)之一，可以定義如下式：CMRR=I(eod/eid)/(eoc/eic)|=IAvd/AvcI(3)此CMRR稱(chēng)為共模具絕比(commonmoderejectionratio),若此CMRR值很大則能夠?qū)⒐矐B(tài)信號(hào)予以忽略而將差動(dòng)信號(hào)正確地放大。在此，以圖1所示之基本差動(dòng)放大器而言其CMRR求法如下：eo=-(R2/R1)xeid+(R4/R3)/(1+R4/R3)x(1+R2/R1)R

4、2/R1xeic(4)(但假定OP放大器之CMRR為無(wú)限大)輸出及輸入關(guān)系如(4)式令(R2/R1)=K1,(R4/R3)=K2代入上式得，eo=-K1eid+(K2-K1)/(1+K2)xeic(5)令eic=0,求輸出與輸入之比值，此為差動(dòng)增益Avd,Avd=(eo/eid)=-K1(6)在令eid=0,求輸出與輸入之比值，此為共態(tài)增益Avc,Avc=(eo/eic)=(K2-K1)/1+K2(7)而CMRR之定義為丨Avd/Avc丨，故得之CMRR=|K1(1+K2)/(K1-K2)|(8)此CMRR的式子,顯示如下事實(shí)：1在R1WR3及R2WR4之情況下，若(R2/R1)及(R4/R3

5、)之比值保持一定不變，則CMRR之值可以很高。2若差動(dòng)增益Avd愈大則MCRR愈高。在使用差動(dòng)放大器時(shí)，普通增益限制在必要值，而提高M(jìn)CRR之方法，一般使用1之方法，較具體的電路如圖2所示，差動(dòng)增益不變而能調(diào)整CMRR之值，圖(a)較圖(b)之方式為優(yōu)。圖3是在圖1電路中，令R1=R3,R2=R4修改而成，此電路之值令上式中K1=K2，使得CMRR之值變成無(wú)線大，此為原本所述0P放大器之CMRR為無(wú)限大之值，也就是實(shí)際使用0P放大器時(shí)所能到達(dá)的最終0P放大器固有之值。B倒相輸A非倒相輸入端的調(diào)整入端的調(diào)整圖2CMRR之調(diào)整法但是以上所談到的CMRR，系假定信號(hào)源都eid之內(nèi)阻(internal

6、impedanee)為OQ,但實(shí)際上信號(hào)源都存有阻抗(impedanee),為了簡(jiǎn)化起見(jiàn)，將信號(hào)源之內(nèi)阻認(rèn)為只有電阻成份Rs，欲求已含有Rs在內(nèi)之CMRR值，由圖3及(2)式,找出K1=R2/(Rs+R1)及K2=R2/R1得：CMRR=(R1+R2)/R3(9)OCMRR=OPAMP恥罔有的CMRR圖3高CMRR化之差動(dòng)放大器由此式可以了解，在有信號(hào)源內(nèi)阻Rs存在情況下，CMRR之值在差動(dòng)放大器之共態(tài)輸入阻抗(R1+R2)愈大的情況的情況下也愈大。圖5為將圖1所示差動(dòng)放大器之兩輸入端，附加高輸入阻抗之緩沖器，而使共態(tài)阻抗提高之電路。但高輸入阻抗之緩沖器對(duì)于Rs之影響未能改善，R1/R2及R4

7、/R3比值之保持，也與圖1一樣，輸出電壓eo與(7)式相同，又MCRR之值如(2)式所示。CMRRAW-R圖4信號(hào)源阻抗對(duì)CMRR之影響圖6使用二個(gè)OP放大器，獲得高輸入阻抗之差動(dòng)放大器，此兩個(gè)OP放大器本身CMRR若為無(wú)限大，則輸入與輸出之關(guān)系如下式：eo=-(K2/K1)(1+K1)xeid+1/K1(K1-K2)xeie(10)而差動(dòng)增益Avd及共態(tài)增益Ave則如(11)與(12)式：Avd=-K2/K1(1+K1)(11)Avc=-1/K1(K1-K2)(12)此差動(dòng)放大器之CMRR為CMRR=丨K2(1+K1)/(K2-K1)|(13)此情況下，如K1=K2則CMRR之值為放大器本身之CMRR,K1與K2相等時(shí)以K代表，則差動(dòng)增益Avd由(5)式可得：Avd=-(1+K)(14)如果K1工K2之情形，C