5.7: КМРР і ПСРР

Last updated
Save as PDF

Page ID: 35536

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

CMRR позначає Загальний режим відхилення співвідношення. Це міра того, наскільки добре збігаються дві половини вхідного диференціального підсилювача каскаду. Синфазний сигнал - це сигнал, який присутній на обох входах підсилювача різниці. В ідеалі диференціальний підсилювач повністю пригнічує або відкидає синфазні сигнали. Синфазні сигнали не повинні з'являтися на виході ланцюга. Через неідеальне узгодження транзисторів деяка частина синфазного сигналу потрапить на вихід. Саме те, наскільки цей сигнал зменшується щодо бажаних сигналів, вимірюється CMRR.

В ідеалі CMRR нескінченний. Типове значення для CMRR буде 100 дБ. Іншими словами, якби операційний підсилювач мав на своєму вході як бажані (тобто диференціальні), так і синфазні сигнали однакового розміру, синфазний сигнал був би на 100 дБ меншим, ніж потрібний сигнал на виході.

CMRR особливо важливий при використанні операційного підсилювача в диференціальному режимі (глава четверта) або при виготовленні підсилювача приладу (глава шоста). Існують два широких використання цих схем. По-перше, підсилювач може приймати низький рівень, збалансований сигнал на значній відстані. ¹ Хорошими прикладами цього є мікрофонний кабель в студії звукозапису та кабель приладобудування на заводському поверсі. Сигнали перешкод, як правило, індукуються в кабель в фазі (тобто синфазний). Оскільки бажаний сигнал представлений позафазовим (тобто диференціальним), високий CMRR ефективно видалить сигнал перешкод. По-друге, операційний підсилювач може використовуватися як частина системи вимірювання мостового типу. Тут бажаний сигнал розглядається як невелика варіація між двома потенціалами постійного струму. Операційний підсилювач повинен посилювати різницевий сигнал, але придушувати виходи постійного струму мостової схеми.

Приклад\(\PageIndex{1}\)

Підсилювач має коефіцієнт посилення напруги в замкнутому контурі 20 дБ і CMRR 90 дБ. Якщо синфазний сигнал подається на вхід при -60 дБВ, що таке вихід?

Якби вхідний сигнал був диференціальним замість синфазного, вихід був би:

\[ V_{out}^{'} = A_v^{'} + V_{in}^{'} \nonumber \]

\[ V_{out}^{'} = 20 dB+(−60 dBV) \nonumber \]

\[ V_{out}^{'} = −40 dBV \nonumber \]

Оскільки це синфазний сигнал, він зменшується CMRR

\[ V_{out}^{'} = −40 dBV−90dB \nonumber \]

\[ V_{out}^{'} = −130 dBV \nonumber \]

Цей сигнал настільки малий, що він, ймовірно, затьмарений шумом ланцюга.

Одне остаточне зауваження щодо CMRR полягає в тому, що він вказаний для постійного струму. По правді кажучи, CMRR залежить від частоти. Форма його кривої нагадує криву посилення відкритого контуру. Заявлений CMRR може залишатися на рівні постійного струму до, можливо, 100 або 1000 Гц, а потім відпадати у міру збільшення частоти. Наприклад, в технічному аркуші 741, знайденому в Додатку, зазначається типовий CMRR 90 дБ. Подивившись на графік CMRR, ви можете побачити, що він починає помітно скочуватися навколо 1 кГц. До моменту його досягнення 1 МГц залишається лише 20 дБ відхилення. Більш щадний перекидання виставляється 411. На 1 МГц залишається майже 60 дБ відхилення. Це означає, що операційний підсилювач не може придушити сигнали високочастотних перешкод, а також пригнічує низькочастотні перешкоди.

Подібно до CMRR є PSRR, або коефіцієнт відхилення джерела живлення. В ідеалі всі пульсації, гул та шум від джерела живлення будуть перешкоджати досягненню виходу операційного підсилювача. PSRR - це показник того, наскільки добре операційний підсилювач досягає цього ідеалу. Типові значення для PSRR знаходяться в діапазоні 100 дБ. Як і CMRR, PSRR залежить від частоти і показує відкат при збільшенні частоти. Якщо операційний підсилювач живиться від джерела 60 Гц, частота пульсацій від стандартного повнохвильового випрямляча складе 120 Гц. На виході ця пульсація буде зменшена ПСРР. Більш високі частотні компоненти шуму на лінії електроживлення не зменшуються настільки сильно, оскільки PSRR відкочується. Зазвичай PSRR узгоджується між силовими рейками. Іноді спостерігається помітна різниця в продуктивності між позитивним і негативним PSRR. Одним з хороших прикладів цього є 411. Позитивна рейка демонструє близько 30 дБ поліпшення порівняно з негативною рейкою. Зверніть увагу, що PSRR становить лише кілька децибел для негативної рейки на той час, коли вона досягає 1 МГц.

Приклад\(\PageIndex{2}\)

Операційний підсилювач працює від джерела живлення, який має пікову напругу пульсації 0,5 В. Якщо PSRR операційного підсилювача становить 86 дБ, скільки цієї пульсації видно на виході схеми?

Спочатку визначте ПСРР як звичайне значення.

\[ PSRR = log_{10}^{−1} \frac{PSRR}{20} \nonumber \]

\[ PSRR = log_{10}^{−1} \frac{86 dB}{20} \nonumber \]

\[ PSRR = 20,000 \nonumber \]

Розділіть пульсаційну напругу на PSRR, щоб знайти суму, яку видно на виході.

\[ V_{out-ripple} = \frac{V_{ripple}}{PSRR} \nonumber \]

\[ V_{out-ripple} = \frac{0.5 Vpp}{20,000} \nonumber \]

\[ V_{out-ripple} = 25\mu Vpp \nonumber \]

Посилання

¹ Збалансована система використовує два сигнально-несучих провідника і щит (заземлення). Два сигнали - це еталонний, або фазовий сигнал, і перевернутий або позафазний сигнал.