【導讀】經典的分立差動放大器設計非常簡單
，一個運算放大器和四電阻網絡有何複雜之處？

經典的四電阻差動放大器如圖1所suo示shi，但dan是shi這zhe種zhong電dian路lu的de性xing能neng可ke能neng不bu像xiang設she計ji人ren員yuan想xiang要yao的de那na麼me好hao。本ben文wen從cong實shi際ji生sheng產chan設she計ji出chu發fa，討tao論lun了le與yu分fen立li電dian阻zu相xiang關guan的de一yi些xie缺que點dian
，包bao括kuo增zeng益yi精jing度du
、增益漂移、交流共模抑製(CMR)和失調漂移等方麵。

圖1. 經典分立差動放大器

該放大器電路的傳遞函數為：

若R1 = R3且R2 = R4
，則公式1簡化為：

zhezhongjianhuayouzhuyukuaisugusuanyuqixinhao
，danzhexiedianzujuebuhuiwanquanxiangdeng。ciwai，dianzutongchangyoudijingduhegaowenduxishudequedian，zhehuigeidianludailaizhongdawucha。

例如，使用良好的運算放大器和標準的1%
、100ppm/°C增益設置電阻
，初始增益誤差最高可達2%，溫度漂移可達200ppm/°C。weijiejuezhegewenti，yizhongjiejuefanganshishiyongdanpiandianzuwangluoshixianjingmizengyishezhi，danzhezhongjiegouhenpangdaqieanggui。chuledijingduhexianzhudewendupiaoyizhiwai，daduoshufenlichadongyunsuanfangdaqidianludeCMR也較差，並且輸入電壓範圍小於電源電壓。此外，單片儀表放大器會有增益漂移，因為前置放大器的內部電阻網絡與接入RG引腳的外部增 益設置電阻不匹配。

解決所有這些問題的最佳辦法是使用帶內部增益設置電阻的差動放大器，例如AD8271。通常
，這些產品由高精度、低失真運算放大器和多個微調電阻組成。通過連接這些電阻可以創建各種各樣的放大器電路，包括差動
、同相和反相配置。芯片上的電阻可以並聯連接以提供更廣泛的選項。相比於分立設計
，使用片內電阻可為設計人員帶來多項優勢。

圖2. 增益誤差與溫度的關係——AD8271與分立解決方案比較

交流性能

在電路尺寸方麵，集成電路比印刷電路板(PCB)小得多，因此相應的寄生參數也較小，對交流性能有利。例如，AD8271運算放大器的正負輸入端有意不提供輸出引腳。這些節點不連接到PCB上的走線，電容保持較低，從而提高環路穩定性並優化整個頻率範圍內的共模抑製。性能比較參見圖3。

圖3. CMRR與頻率的關係——AD8271與分立解決方案CMRR比較

差動放大器的一項重要功能是抑製兩路輸入的共模信號。參考圖1，如果電阻R1至R4不完全匹配（或者當增益大於1時，R1
、R2和R3、R4的比率不匹配）
，那麼部分共模電壓將被差動放大器放大

，並作為V1和V2之間的有效差壓出現在VOUT處，其無法與實際信號相區分。如果電阻不理想，那麼部分共模電壓將被差動放大器放大，並作為V1和V2之間的有效差壓出現在VOUT處，其無法與實際信號相區分。

差動放大器抑製這一部分電壓的能力稱為共模抑製。該參數可以表示為共模抑製比(CMRR)或轉換為分貝(dB)。分立解決方案的電阻匹配不如集成解決方案中的激光調整電阻匹配那麼好，這可以從圖4中輸出電壓與CMV的關係曲線看出來。

圖4. 輸出電壓與共模電壓的關係——AD8271與分立解決方案比較

假設使用理想運算放大器，則CMRR為：

其中，d為差動放大器的增益
，t為電阻容差。因此
，對於單位增益和1%電阻，CMRR為50V/V或約34dB；使用0.1%電阻時

，CMRR增加到54dB。即使采用具有無限大共模抑製的理想運算放大器
，整體CMRR也會受電阻匹配的限製。某些低成本運算放大器具有60 dB至70 dB的最小CMRR
，使誤差更為糟糕。

低容差電阻

放(fang)大(da)器(qi)在(zai)其(qi)指(zhi)定(ding)工(gong)作(zuo)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)通(tong)常(chang)表(biao)現(xian)良(liang)好(hao)，但(dan)必(bi)須(xu)考(kao)慮(lv)外(wai)部(bu)分(fen)立(li)電(dian)阻(zu)的(de)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)。對(dui)於(yu)帶(dai)有(you)集(ji)成(cheng)電(dian)阻(zu)的(de)放(fang)大(da)器(qi)，電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)進(jin)行(xing)漂(piao)移(yi)調(tiao)整(zheng)和(he)匹(pi)配(pei)。布(bu)局(ju)通(tong)常(chang)使(shi)電(dian)阻(zu)相(xiang)互(hu)靠(kao)近(jin)，因(yin)此(ci)它(ta)們(men)會(hui)一(yi)同(tong)漂(piao)移(yi)
，從(cong)而(er)降(jiang)低(di)其(qi)失(shi)調(tiao)溫(wen)度(du)係(xi)數(shu)。在(zai)分(fen)立(li)情(qing)況(kuang)下(xia)，電(dian)阻(zu)在(zai)PCB上散開，匹配情況也不如集成方案，產生的失調溫度係數會更差，如圖5所示。

圖5. 係統失調與溫度的關係——AD8271與分立解決方案比較

無論是分立式或是單芯片
，四電阻差動放大器的使用都非常廣泛。由於隻有一個器件放置在PCB上
，而不是多個分立元件，因此可以更快速
、更高效地構建電路板，並節省大量麵積。

為了獲得穩定且值得投入生產的設計，應仔細考慮噪聲增益、輸入電壓範圍和CMR（達到80dB或更高）。這些電阻均采用相同的低漂移薄膜材料製成，因此在一定溫度範圍內可提供出色的比例匹配。

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