差动前置放大器设计.doc

差动前置放大器设计前置放大器系在输入信号电压很小的情况下,将其放大到容易处里的准电位(level),对于传送到后段放大系统之信号,及对A-D转换系统之精确有甚大的影响。因此,前置放大器需要:〈1〉低漂移性及低噪声。〈2〉良好的外部噪声免除力。〈3〉高增益…等特性。使用低漂移之运算放大器前置放大器,除了从以前使用斩波(chopper)型或斩波安定型之OP放大器,/°C以下之超低漂移之应用外,大部分使用直接耦合型OP放大器。其理由如下所述:〈1〉单片机技术使大量生产变成可能,故使用起来方便。〈2〉OP放大器种类很多。〈3〉容易入门。〈4〉除了漂移缺点以外,各项电特性都很优越。〈5〉处理容易。〈6〉差动输入容易。〈7〉小型,重量轻。使用直接耦合型OP放大器,可以构成简单之运放差动放大器,monmodenoise),对于使用低位准信号的前置放大器很适合。图1所示,使用一个OP放大器构成基本的差动放大器,所谓差动放大,系加上两个输入信号时,只放大信号差值,当然具备有效放大器之性能,将两输入的信号予以放大,其放大的幅度称为差动增益,通常差动放大器之增益即指差动增益。就图1来看,差动增益Avd表示如下:Avd=eod/eid (1)另一方面,差动放大器具有共态输入信号之放大率,其值甚小,特别是在两输入信号等振幅时,放大率更小。对于同相位,等振幅之输入信号之增益,称为共态增益,以Avc表示:图1基本的差动放大器差动放大器具有:对共态输入之增益比差动输入之增益甚低之性质。若两输入信号以同相位加入的话,只有两输入间的信号差被取出放大。又共态信号之影响很小而仅拾取差动信号之程度,作为差动放大器之好坏标准之一,可以定义如下式:CMRR=|(eod/eid)/(eoc/eic)︳=|Avd/Avc|(3)monmoderejectionratio),若此CMRR值很大则能够将共态信号予以忽略而将差动信号正确地放大。在此,以图1所示之基本差动放大器而言其CMRR求法如下:eo=﹣(R2/R1)×eid+{(R4/R3)/(1+R4/R3)×(1+R2/R1)-R2/R1}×eic    (4)(但假定OP放大器之CMRR为无限大)输出及输入关系如(4)式令(R2/R1)=K1,(R4/R3)=K2代入上式得,eo=﹣K1eid+(K2﹣K1)/(1+K2)×eic(5)令eic=0,求输出与输入之比值,此为差动增益Avd,Avd=(eo/eid)=﹣K1(6)在令eid=0,求输出与输入之比值,此为共态增益Avc,Avc=(eo/eic)=(K2﹣K1)/1+K2(7)而CMRR之定义为︱Avd/Avc︱,故得之CMRR=︳K1(1+K2)/(K1﹣K2)︳(8)此CMRR的式子,显示如下事实:〈1〉在R1≠R3及R2≠R4之情况下,若(R2/R1)及(R4/R3)之比值保持一定不变,则CMRR之值可以很高。〈2〉若差动增益Avd愈大则MCRR愈高。在使用差动放大器时,普通增益限制在必要值,而提高MCRR之方法,一般使用〈1〉之方法,较具体的电路如图2所示,差动增益不变而能调整CMRR之值,图(a)较图(b)之方式为优。图3是在图1电路中,令R1=R3,R2=R4修改而成,此电路之值令上式中K1=K2,使得CMRR之值变成无线大,此为原本所述OP放大器之CM