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儀表放大器的處理抑制問題

電子設計 ? 來源:網友電子設計發布 ? 作者:網友電子設計發布 ? 2021-11-23 09:14 ? 次閱讀

電氣工程師習慣于處理各種抑制問題,從共模抑制到電源抑制,以至于 EMI 抑制,而且這也絕對是我們喜歡做的事。抑制越多越好!

然而對于儀表放大器而言,在計算由電源或共模電壓變化產生的失調偏移時很容易產生困惑。這種困惑的根本原因如下圖所示:

在圖 1 中,放大器的電源抑制比 (PSRR) 隨放大器增益配置的升高而增加。這樣很容易讓人想到,在高增益下產生任何輸出偏移,都需要電源的明顯變化!但一定要記住:共模抑制比 (CMRR) 和 PSRR 都是輸入參考參數

poYBAGGKcceAOpBdAAAEBfYXpck327.png(1)

PSRR 和 CMRR 定義為輸入失調電壓變化 ΔVOS(IN) 與電源電壓變化 ΔVS 或共模電壓變化 ΔVCM 的比值。

為了了解增益對這些參數的影響,請將大多數儀表放大器看成兩個串行的放大器級,一個輸入級放大器(如圖 2 中 G1 所示)和一個輸出級放大器(如 G2 所示)。電源或共模電壓的變化會造成每個放大器級失調電壓的變化,如圖中 ΔVOS1 和 ΔVOS2 所示。

在需要計算輸入時,用輸入級增益 G1 除第二個失調電壓變化 ΔVOS2。最后,由于兩個失調變化的極性未知,可能為正也可能為負,因此可推導出公式 2:

pYYBAGGKcc2AQE_8AAAD8kdqAbc023.png(2)

在儀表放大器產品說明書中可找到該公式,從而可計算出由溫度、電源和共模電壓等不同因素所引起的輸入失調變化值:

poYBAGGKcdCAH1LbAABpK_jzSSI110.png

圖 3:內容摘自 INA118 產品說明書,說明不同因素所導致的輸入失調變化。

將公式 2 代入公式 1,就很容易得出增益如何影響儀表放大器的 PSRR 和 CMRR:

poYBAGGKcdKAUCGmAAAFp4W7UPs687.png(3)

從輸入級增益除以第二個放大器失調電壓的變化值 ΔVOS2 可以得出,這兩個參數會隨增益的提高而增大。

到目前為止,我們一直關注的只是輸入失調的變化,但輸出端會怎樣呢?畢竟我們通常真正關心的是放大器輸出。很明顯,我們可用 ΔVOS(IN) 乘以放大器總體增益來計算 ΔVOS(OUT)。

pYYBAGGKcdWAXULZAAAFPLoKZzA526.png(4)

很多儀表放大器的輸出級增益都為 1,這就意味著放大器總體增益由輸入級增益決定。這樣我們就可將公式 4 簡化為:

poYBAGGKcdiAAGtRAAAElKTvcUg609.png(5)

由于輸入級現已成為主要誤差源,因此儀表放大器的 CMRR 和 PSRR 參數可在較高增益下得到改善。但是,還有一個我們尚未討論的影響。細心的讀者在觀察圖 3 時可能已經注意到了:輸出級失調比輸入級差。

責任編輯:haq

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