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1+1>2！這樣同時實現高精度與高功率

發布時間：2020-05-25 來源：亞德諾半導體責任編輯：lina

【導讀】工程師常常麵對各種挑戰，需要不斷開發新應用，以滿足廣泛的需求。一般來說，這些需求很難同時滿足。例如一款高速、高壓運算放大器（運放），同時還具有高輸出功率，以及同樣出色的直流精度、噪聲和失真性能。市麵上很少能見到兼具所有這些特性的運算放大器。

工程師常常麵對各種挑戰，需要不斷開發新應用，以滿足廣泛的需求。一般來說，這些需求很難同時滿足。例如一款高速、高壓運算放大器（運放），同時還具有高輸出功率，以及同樣出色的直流精度、噪聲和失真性能。市麵上很少能見到兼具所有這些特性的運算放大器。

danshi，ninkeyishiyonglianggedandudefangdaqilaigoujianzhezhongfangdaqi，xingchengfuhefangdaqi。jianglianggeyunsuanfangdaqizuhezaiyiqi，jiunengjianggezideyoushitexingjichengyuyiti。zheyang，yujuyouxiangtongzengyidedangefangdaqixiangbi，lianggeyunsuanfangdaqizuhekeyishixiangenggaodedaikuan。

複合放大器

複合放大器由兩個單獨放大器組合而成，分別具有不同的特性。圖1所示就是這種結構。放大器1為低噪聲精密放大器ADA4091-2。在本例中，放大器2為AD8397,具有高輸出功率，可用於驅動其他模塊。

1+1>2！這樣同時實現高精度與高功率

圖1. 兩個運算放大器串聯構成複合放大器的示意圖。

圖1所示的複合放大器的配置與同相放大器的配置類似，後者具有兩個外部操作電阻R1和R2。將兩個串聯在一起的運算放大器看作一個放大器。總增益(G)通過電阻比設置，G = 1 + R1/R2。如果R3與R4電阻比發生變化，會影響放大器2 (G2)的增益，也會影響放大器1 (G1)的增益或輸出電平。但是，R3和R4不會改變有效總增益。如果G2降低，G1將增加。

帶寬擴展

複(fu)合(he)放(fang)大(da)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)特(te)性(xing)是(shi)具(ju)備(bei)更(geng)高(gao)帶(dai)寬(kuan)。相(xiang)比(bi)單(dan)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)，複(fu)合(he)放(fang)大(da)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)更(geng)高(gao)。所(suo)以(yi)，如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)的(de)放(fang)大(da)器(qi)，其(qi)增(zeng)益(yi)帶(dai)寬(kuan)積(ji)(GBWP)為100 MHz，增益G = 1，那麼–3 dB帶寬可以提高約27%。zengyiyuegao，xiaoguoyuemingxian，danzuigaozhinengdadaotedingxianzhi。yidanchaoguoxianzhi，kenenghuibuwending。lianggezengyifenbubujunshi，yehuichuxianzhezhongbuwendingdeqingkuang。yibanlaishuo，zailianggefangdaqidezengyijundengfenbudeqingkuangxia，kehuodezuidadaikuan。caiyongshangshuzhi（GBWP = 100 MHz、G2 = 3.16、G = 10），在總增益為10時，兩個放大器組合的–3 dB帶寬可以達到單個放大器的3倍。

這種說明相對簡單。增益均勻分布時，G2也會獲得與放大器1相同的有效增益。但是，每個獨立放大器的開環增益更高。增益較低時，例如，從40 dB降至20db時，兩個放大器都會在開環曲線的低區域內運行（參見圖2）。如此，與具有同樣增益的單個放大器相比，複合放大器可獲得更高帶寬。

1+1>2！這樣同時實現高精度與高功率

圖2. 通過複合放大器擴展帶寬。

直流精度和噪聲

在典型運算放大器電路中，部分輸出會饋送到反相輸入。如此，可以通過反饋路徑來修正輸出誤差，以提高精度。圖1所示的組合也為放大器2提供了單獨的反饋路徑，雖然它也在放大器1 的反饋路徑中。整體配置輸出會因放大器2產生更大誤差，但在反饋給放大器1時，會修正這種誤差。因此，可以保持放大器1的精度。輸出失調僅與第一個放大器的輸入失調誤差成正比，與第二個放大器的失調電壓無關。

噪zao聲sheng分fen量liang也ye一yi樣yang。它ta也ye通tong過guo反fan饋kui得de到dao修xiu正zheng，其qi中zhong交jiao流liu信xin號hao與yu兩liang個ge放fang大da器qi級ji的de帶dai寬kuan預yu留liu相xiang關guan。隻zhi要yao第di一yi個ge放fang大da器qi級ji具ju備bei足zu夠gou帶dai寬kuan，它ta就jiu會hui修xiu正zheng放fang大da器qi2的噪聲分量。至此，其輸出電壓噪聲密度占主導地位。但是，如果超過了放大器1的帶寬，那麼第二個放大器的噪聲分量開始占主導。如果放大器1的帶寬過高，或者遠高於放大器2的帶寬，就會產生問題。這可能導致複合放大器的輸出中出現額外的噪聲峰值。

結論

通(tong)過(guo)將(jiang)兩(liang)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)串(chuan)聯(lian)在(zai)一(yi)起(qi)，可(ke)以(yi)將(jiang)兩(liang)者(zhe)的(de)出(chu)色(se)特(te)性(xing)相(xiang)結(jie)合(he)，從(cong)而(er)獲(huo)得(de)使(shi)用(yong)單(dan)個(ge)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)無(wu)法(fa)實(shi)現(xian)的(de)結(jie)果(guo)。例(li)如(ru)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)具(ju)有(you)高(gao)輸(shu)出(chu)功(gong)率(lv)和(he)高(gao)帶(dai)寬(kuan)的(de)高(gao)精(jing)度(du)放(fang)大(da)器(qi)。圖(tu)1所示的示例電路使用了軌到軌放大器AD8397（–3 dB帶寬 = 69 MHz）和精密放大器ADA4091-2（–3 dB帶寬 = 1.2 MHz），將兩者組合得到的帶寬比單個放大器（放大器1）的帶寬要高2倍以上(G = 10)。此外，將AD8397和各種精密放大器組合，還可以降低噪聲，並改善THD特(te)性(xing)。但(dan)是(shi)，在(zai)設(she)計(ji)中(zhong)，還(hai)必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)修(xiu)正(zheng)放(fang)大(da)器(qi)配(pei)置(zhi)來(lai)確(que)保(bao)係(xi)統(tong)的(de)穩(wen)定(ding)性(xing)。如(ru)果(guo)考(kao)慮(lv)所(suo)有(you)標(biao)準(zhun)，複(fu)合(he)放(fang)大(da)器(qi)也(ye)可(ke)能(neng)適(shi)用(yong)於(yu)各(ge)種(zhong)要(yao)求(qiu)嚴(yan)苛(ke)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。

1+1>2！這樣同時實現高精度與高功率

（來源：亞德諾半導體）

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