首先，你没有相同的|增益| 从电路中的每个输入来看，一个输入为 +101，另一个输入为 -100。在拒绝 DC CM 电压变化时，这是一个严重的问题。一旦我修复了你的电路，我会在 AC CMRR 上添加一些内容。

这是与 3 个运算放大器相比的电路（2 个添加的电阻器来校正增益）

您可以看到，在（仅）1 kHz 处的 1 V 共模噪声下，输出约为 120 mV，因此没有太多抑制。这是因为缺乏对称性 - 由于额外的运算放大器，信号滞后于反相输入。

在接近直流（此处为 1Hz）时，差异仍然存在，但没有那么严重。

在电源频率下，您会在这两个数字之间看到大约 8mV 输出和 1V 60Hz CM 电压或只有大约 -20 dB 抑制。

实际上，如果您控制或低通过滤噪声，并且不需要最好的抑制，那么任何一个电路都可以为您工作。例如，这里是 1 V（很多）60 Hz 噪声和 20 mV 10 Hz 信号的仿真。如您所见，没有太多明显的差异。

您的问题是“哲学的”，因此需要一个“哲学的”答案：-)您实际上是在问，“经典运算放大器仪表放大器背后的想法是什么？” 展示它的最好方法是一步一步地重新发明电路。这是我的“建筑场景”......

第 1 步：单端放大器

假设已经“发明”了具有负反馈的运放放大器的两个基本电路：

1. 同相放大器

^{模拟此电路- 使用CircuitLab创建的原理图}

2. 反相放大器

^{模拟这个电路}

这是如何发生的另一个（同样有趣的）故事，但现在让我们只提一下这样做的技巧 - 在跟随器（K = 1）和逆变器（K = -1）的基本电路中引入了衰减负反馈。作为补偿，它们变成了放大器。

第 2 步：不完善的差分放大器

我们需要一个可以放大两个输入电压之间差异的设备。因此，我们开始在两种配置中寻找具有相反效果的第二个输入。我们有两种选择：

1. 在同相放大器的电路中，我们可以在输入（左）电阻和地之间插入第二个源。因此，我们获得了另一个反相输入。

^{模拟这个电路}

2. 在反相放大器的电路中，我们可以在同相输入和地之间插入第二个源。现在我们获得另一个非反相输入。

^{模拟这个电路}

结果是相同的“差异”配置。

第三步：普通差分放大器

但是有一个问题 - 同相输入的增益比反相输入的增益高一个单位（这也很有趣解释......但我们不要现在）。我们开始寻找一种方法来均衡两个输入的增益。我们有两个选择：

1. 我们可以通过分压器将非反相输入的增益降低 1。因此，我们得到了一个简单差分放大器的经典 4 电阻电路（显示在 OP 电路的右侧）。

^{模拟这个电路}

2. 我们可以通过一个额外的同相放大器将反相输入的增益增加一倍，我们得到了 Spehro 的电路解决方案。

^{模拟这个电路}

当时，他们选择第一种解决方案的原因很明显——不仅因为它更美观、更对称:-)，还因为运算放大器价格昂贵。那我们就跟着他们...

第 4 步：改进的差分放大器

但是简单的 4 电阻差分放大器有一个明显的缺点 - 输入电阻低（此外，两个输入的电阻不同）。在这种情况下，最糟糕的是输入源的内阻差异会使电路失衡。

解决这个问题的第一个想法当然是在电路输入之前放置运算放大器电压跟随器。

^{模拟这个电路}

这解决了输入电阻问题……但是当我们需要更大的增益时出现了一个新问题——第二级放大的能力有限，我们必须让第一级也放大。

第 5 步：仪表放大器原型

直接的解决方案是使输入跟随器放大，即通过在运算放大器输出和反相输入之间插入分压器将它们变成非反相放大器。

^{模拟这个电路}

但是，出现了一个新问题——共模增益。简而言之，我们希望输入级在输入电压以相反方向变化时放大它们，而不是在它们以相同速率以相同方向变化时放大它们。我们该怎么做呢？

第 6 步：仪表放大器

著名的“长尾对”可以帮助我们。为此，我们只需将分压器的两个较低电阻 Rg/2 组合成一个 Rg = Rg/2 + Rg/2（OP 电路中的 R1）。

^{模拟这个电路}

现在电路具有不同的行为，具体取决于我们如何改变输入电压：

1. 差分模式。当电压向相反方向变化时，所谓的“虚拟地”（零电压点）出现在 Rg 内部的中间点（就好像它接地一样）。由于输入运算放大器级充当非反相放大器（与上述相同），因此增益最大。如果您“打开” Rg 并通过电压表探针触摸电阻膜，您可以“看到”这个“神奇”点……或者您可以想象沿 Rg 电阻膜的电压分布。我将这张图片称为“电压图”（我在我的一篇 Codidact 论文中详细考虑了这种可视化技术）。例如，请参阅下面的图片，这是我在 2008 年为我的 Wikibooks 关于欧姆实验的故事创建的：

2. 普通模式。如果输入电压以相同的速率以相同的方向变化，则所有运放输入、Rg 内的所有点（包括中间点）和两个运放输出的电压都以相同的方式变化。因此，输入运算放大器级充当电压跟随器 (K = 1)。请看我从上面提到的 Wikibooks 故事中提取的另一张照片：

您可以从我的个人 Google 照片中看到电影中这些模式的“实时”电压图。电影中展示的计算机化实验室实验在同一个维基教科书故事中有所描述。

这是我关于著名运算放大器仪表放大器的故事。另请参阅我对类似问题的回答。

为了避免 CM 噪声问题，使用高 DM 增益和低 CM 增益对于来自线路的浮动电场（例如 50V/m）来放大 mV 信号是必要的。在这里，您的 CMRR 为 0 dB（CM = DM 增益=40 dB），而不是使用 INA 时降低 100 dB 或更多。使用 3 个运算放大器只能获得 <<40 dB 的电阻和 1% 的电阻，如果浮动，这将放大 SMPS CM 噪声。

在处理差分信号时，确保在最终求和阶段之前发生的所有事情都会平等地影响两个输入，这一点非常重要。实现这一点的最简单方法通常是将两个信号通过尽可能接近相同的电路。如果反相输入端上的第一级运算放大器以理想方式运行，则两个运算放大器电路可以与 3 个运算放大器电路一样工作，并且可以使用足够的方法很好地补偿非理想行为精确调整电阻器和电容器，补偿反相输入的第一级运算放大器缺陷的更简单方法是将同相输入通过相同的运算放大器。使用电阻器和电容器进行补偿需要了解第一级运算放大器的确切真实特性，