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一、什么是運放
運放(operational amplifier,簡稱OPA）能對信號進行數(shù)學(xué)運算的放大電路。它曾是模擬計算機的基礎(chǔ)部件，因而得名。采用集成電路工藝制做的運算放大器，除保持了原有的很高的增益和輸入阻抗的特點之外，還具有精巧、廉價和可靈活使用等優(yōu)點，因而在有源濾波器、開關(guān)電容電路、數(shù)-模和模-數(shù)轉(zhuǎn)換器、直流信號放大、波形的產(chǎn)生和變換，以及信號處理等方面得到十分廣泛的應(yīng)用。在實際電路中，通常結(jié)合反饋網(wǎng)絡(luò)共同組成某種功能模塊。由于早期應(yīng)用于模擬計算機中，用以實現(xiàn)數(shù)學(xué)運算，故得名“運算放大器”，此名稱一直延續(xù)。運放是一個從功能的角度命名的電路單元，可以由分立的器件實現(xiàn)，也可以實現(xiàn)在半導(dǎo)體芯片當(dāng)中。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，如今絕大部分的運放是以單片的形式存在。
共模抑制比是運放一項非常重要的指標，但在設(shè)計電路時我們時常會忽略它的重要性。首先簡單介紹一下共模信號與差模信號的概念。如下圖1所示，L1，L2為兩條傳輸線，R為負載電阻，傳輸線中藍色箭頭表示差模信號的流動路徑，可見其在兩條傳輸線中大小相等方向相反，承載著我們或者說R“需要的”信號。而兩條傳輸線中綠色箭頭表示的是差模信號的流動路徑，可見其在兩條傳輸線中大小相等方向相同，承載著我們或者說R“不需要的”信號，其與大地構(gòu)成回路。
圖1 共模差模信號示意圖
理解共模差模信號后我們?nèi)菀装l(fā)現(xiàn)反向輸入端運放幾乎不存在共模信號問題。如圖2的反向比例放大電路，由于Vp已經(jīng)接地且運放正常工作時處于深度負反饋狀態(tài)所以Vn=Vp=0，可見此時運放的兩個輸入端電壓與地不存在電勢差所以也不會有共模電壓問題。
圖2 反向比例放大電路
共模抑制比表示為運放對差模信號的增益Adm與對共模型號的增益Acm之比，通常以分貝為單位表示如下：
常見的運放低頻CMRR一般在70dB~120dB，更高的可達150dB左右。另外輸入信號的頻率對CMRR有很大的影響，如下圖3為ADI LT1358運放的CMRR隨頻率的關(guān)系，可以看到隨著頻率的增大CMRR迅速衰減。這是為什么呢？這是因為集成運放各級之間存在寄生耦合電容，這些寄生電容隨著頻率的升高容抗快速下降從而導(dǎo)致對共模信號抑制能力減弱。
圖3 LT1358 CMRR vs frequency
那在設(shè)計實際運算電路時我們是不是選用CMRR盡可能大的運放就可以實現(xiàn)很好的共模抑制效果呢？答案是否定的。其實上述介紹的是運放自身對共模信號的抑制能力，實際中為了使整個運算電路達到較高的共模抑制能力，我們還需要合理設(shè)計運放的外圍電路才能更好地抑制共模型號。以下圖4常見的差分放大電路為例。
圖4 差分放大電路
當(dāng)電路輸入共模型號即Vcm=V1=V2時共模增益Acm為
當(dāng)電路輸入差模型號即Vdm=V1-V2時差模增益Adm為
至此我們可以求出整個電路的共模增益CMRR為
由此可知為了使CMRR盡可能大我們不僅需要需用高CMRR的運放，而且需要保證
理論上這個條件非常容易實現(xiàn)，但是實際電阻均存在誤差，即使用高精度電阻也有0.01%的誤差率而且其價格較普通電阻高出很多，因此在考慮成本與電路效果之間我們需要trade off才有可能設(shè)計出使用且可行的電路。
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