共模电压计算共模增益和差模增益定义

电工经常使用运算放大器。选择运算放大器时，我们应该注意电压参数。从运算放大器的数据表上首先看到的是输入电压范围，这个很好理解，就是运算放大器电源电压的工作条件。但仅仅

本文最后更新时间： 2023-03-06 03:49:25

电工经常使用运算放大器。选择运算放大器时，我们应该注意电压参数。从运算放大器的数据表上首先看到的是输入电压范围，这个很好理解，就是运算放大器电源电压的工作条件。

但仅仅是了解这个电压，就能正确使用运算放大器吗？显然，还应注意运算放大器的共模输入电压范围:

最近看到论坛上讲了运算放大器的共模输入电压，也讲了我的一些知识。如果这个共模输入电压选择不好，输出就达不到理想的设计输出效果。运算放大器输入共模电压的限制主要是运算放大器内部第一级差分输入级晶体管工作的饱和区的限制。运算放大器是同相输入还是同相输入都会导致运算放大器共模电压的差异。通常，运算放大器的共模输入电压定义如下:

以下两个原理图反映了不同电路中的共模输入电压是不同的。对于反相输入运算放大器电路，共模输入电压是一个固定值，基本上是GND电压，为0。对于同相输入运算放大器电路，共模输入电压随输入电压而变化。

如果电路的共模电压超过数据手册中规定的限值，输出会是什么样？下面我们通过下面的仿真电路来看看共模输入电压不满足要求时的输出。

首先以OPA140为例，当输入电源电压为5V时，根据数据表，其输入共模电压在0.2V-4.8V之间，不属于轨到轨运算放大器。

使用OPA140构建双电源跟随器。当输入信号为5v信号时，按理想运算放大器分析。输出信号应为5v。但是公国TINA进行了仿真分析，发现输出信号在2.3V V削波，这是不完全跟随理想运算放大器的特性，或者是受到输入共模电压的限制。因此，在设计运算放大器时，要重点考虑运算放大器的共模输入电压是否合理。因为共模输入电压与电源电压相关，所以在选择电源电压时，共模输入电压的范围大致确定。但仿真数据仅供参考，实际输出电压范围应以实际电路测试结果为准，避免输出电压在阈值范围附近，仿真模型不能完全反映实际电路的特性。毕竟实际电路是高低温高湿度造成的。

然后，给出了改变电源电压的仿真实例，仿真结果明显。电源电压修改为10V，共模输入电压范围为-0.1V至8.5V因此，运算放大器的输入电压范围为5V，输出可以满足跟随器的特性，完全跟随输入信号。

因为输出特性与输入特性有很强的相关性，那么输入信号符合输入共模电压范围，那么输出信号能完全符合电路特性吗？显然这也是错误的，因为输出电压也是有范围的，输出电压并不是完全可以达到电源电压的范围。根据OPA140，输出电压也会受到电源电压的影响。当输入电压为-1.5v<>

虽然此时输出电压为0V，但输出信号可能是随机的。此时运放工作不正常，实际电路中任何情况都有可能。所以此时的模拟数据仅供参考。这时候要做的工作就是选择符合要求的运算放大器，或者修改输入共模电压的范围，使电路符合要求。

通过上面的仿真例子，我们应该清楚地了解运算放大器的共模输入电压对电路的影响。所以在实际产品的设计过程中，通过仿真或者数学分析计算发现运算放大器的VICMR不能满足要求，但此时电路设计已经基本定型，版图的修改也比较麻烦。此时，需要一些替代方案进行改进:

1.如果只是发现输入信号的幅度过高，可以用电阻分压器修改VICMR的范围，使之符合VICMR的范围；

2.咨询供应商，是否可以选择引脚对引脚的运放，运放可以修改为轨到轨输入运放；

3.如果只是输入信号偏置有问题，可以使用输入偏置或DC偏置点，使输入信号保持在指定的运算放大器VICMR范围内；

以上建议仅供参考。最后一种方法是在方案设计时详细计算VICMR。下面用OPA140运算放大器搭建一个跟随器电路。在同一电路中，当输入电压和电源电压变化时，输出会得到不同的电压。根据模拟数据，做一个简单的总结:

仿真1中，输出电压超出数据表范围；

仿真2中，输入共模电压超出数据手册范围；

仿真3中，输出电压超出数据表范围，而输入共模电压超出数据表范围；

仿真4中，输出电压超出数据表范围，而输入共模电压超出数据表范围；