Q:我們能夠增加固定增益差分放大器的增益嗎？

 

A:可以
，通過增加更多的電阻。

 

jingdiandesidianzuchafenfangdaqikeyijiejuexuduoceliangnanti。danshi，zongyouyixieyingyongxuyaodelinghuoxingbizhexiefangdaqisuonengtigongdegenggao。youyuzaichafenfangdaqizhongdianzupipeizhijieyingxiangdaozengyiwuchahegongmoyizhibi(CMRR)
，suoyijiangzhexiedianzujichengdaotongyigeluopianshangkeyishixiangaoxingneng。danshi
，jinjinyikaoneibudianzulaishezhizengyi，yonghujiuwufazaizhizaoshangdeshejixuanzezhiwailinghuoxuanzezijixiangyaodezengyi。

 

 

在(zai)信(xin)號(hao)鏈(lian)中(zhong)使(shi)用(yong)固(gu)定(ding)增(zeng)益(yi)放(fang)大(da)器(qi)時(shi)
，如(ru)果(guo)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)增(zeng)益(yi)，通(tong)常(chang)會(hui)添(tian)加(jia)另(ling)一(yi)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)級(ji)來(lai)實(shi)現(xian)所(suo)需(xu)的(de)總(zong)增(zeng)益(yi)。雖(sui)然(ran)這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)非(fei)常(chang)有(you)效(xiao)，但(dan)它(ta)會(hui)增(zeng)加(jia)整(zheng)體(ti)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)、所需的板空間
、噪音、成(cheng)本(ben)等(deng)。或(huo)者(zhe)

，您(nin)可(ke)以(yi)選(xuan)擇(ze)另(ling)一(yi)種(zhong)方(fang)法(fa)，在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)第(di)二(er)個(ge)增(zeng)益(yi)級(ji)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)增(zeng)加(jia)係(xi)統(tong)增(zeng)益(yi)。通(tong)過(guo)在(zai)固(gu)定(ding)增(zeng)益(yi)放(fang)大(da)器(qi)上(shang)增(zeng)加(jia)幾(ji)個(ge)電(dian)阻(zu)來(lai)提(ti)供(gong)正(zheng)反(fan)饋(kui)路(lu)徑(jing)，此(ci)舉(ju)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)整(zheng)體(ti)的(de)負(fu)反(fan)饋(kui)

，從(cong)而(er)獲(huo)得(de)更(geng)高(gao)的(de)整(zheng)體(ti)增(zeng)益(yi)。

 

在典型的負反饋配置中
，反饋給反相輸入的輸出部分被稱為β，電路的增益為1/β。β=1時，整個輸出信號被返回給反相輸入端，由此實現單位增益緩衝器。β值較低時，實現的增益較高。

 

圖1. 負反饋：非反相運算放大器配置

 

為了提高增益，必須降低β。這可以通過增加R2/R1的de比bi率lv來lai實shi現xian。但dan是shi，目mu前qian對dui於yu固gu定ding增zeng益yi的de的de差cha動dong放fang大da器qi還hai沒mei有you辦ban法fa通tong過guo降jiang低di其qi傳chuan輸shu到dao反fan相xiang端duan的de反fan饋kui來lai提ti高gao整zheng體ti增zeng益yi，因yin為wei這zhe需xu要yao用yong到dao更geng大da的de反fan饋kui電dian阻zu或huo更geng小xiao的de輸shu入ru電dian阻zu。通tong過guo將jiang輸shu出chu反fan饋kui提ti供gong給gei差cha動dong放fang大da器qi的de基ji準zhun引yin腳jiao，也ye就jiu是shi同tong相xiang輸shu入ru端duan

，即ji可ke提ti高gao之zhi前qian的de固gu 定增益放大器的增益。此放大電路產生的複合反饋係數β(βc)是β-和β+之間的差值，該係數同時也將決定放大電路的增益和帶寬。請注意，β+提供的是正反饋
，因此必須確保淨反饋仍然為負(β– > β+)。

 

圖2. 組合β

 

為了使用β+調節電路增益
，第一步是計算β-（初始電路的β）。注意，衰減項G_attn是差動放大器的正輸入信號與運算放大器的同相端輸入之比。

 

 

一旦選定所需的增益
，就可以確定所需的β以及β+。因為固定增益放大器的增益是已知的，所以能夠很簡單地計算出β。

 

 

β+的量正好是輸出信號返回至運算放大器的同相輸入端的一部分。記住，反饋會通過β+路徑至基準引腳
，反饋信號會通過兩個電阻的分壓器（見圖3），這兩個分壓電阻阻值必須要通過計算才能實現正確的β+。

 

差動放大器的一個關鍵特性是CMRR。正極和負極網絡上的電阻比是否匹配對於能否實現出色的CMRR至關重要
，因此電阻(R5)也應該與正輸入電阻串聯，以平衡基準引腳上增加的電阻。

 

圖3. 四電阻固定增益差分放大器：增益調整

 

為了確定電阻R3和R4，可以使用戴維南等效電路來簡化分析。

 

圖4. 戴維南等效電路

 

如上所述，為了保持良好的CMRR，必須添加R5。R5的值由R3和R4的並聯組合決定，其係數與輸入衰減器中的電阻相同。因為R1/R2 = (1/G_attn) - 1這個比率，R1和R5分別可以用比率已定的R2和R3||R4代替。

 

圖5. 經過簡化的正輸入電阻網絡

 

如前所述
， VOUT至簡化電路的A_in+的增益必須等於1/β+。

 

 

由於R3和R4拉載運算放大器，所以應該注意不要選擇太小的值。一旦選定了所需的負載(R3 + R4)

，就可以利用公式4輕鬆計 算得出R3和R4的值。R3和R4確定之後
，可以利用R3||R4 × β計算得出R5。

 

yinweizhezhongjishuyilaiyudianzubi，suoyijubeihengaodelinghuoxing。zaizaoshenghegonghaozhijianxuyaojinxingquanheng，dianzuzhiyinggaizugouda，keyifangzhiyunsuanfangdaqiguozai。ciwai
，youyuR5與R3和R4成比例，所以應該使用相同類型的電阻，以在各種溫度下保持良好性能。如果R3、R4和R5一yi起qi漂piao移yi，那na麼me這zhe個ge比bi例li將jiang保bao持chi不bu變bian，並bing且qie由you於yu這zhe些xie電dian阻zu，即ji使shi有you熱re漂piao移yi
，也ye會hui保bao持chi在zai最zui低di水shui平ping。最zui後hou，由you於yu運yun算suan放fang大da器qi的de增zeng益yi更geng高gao
，所suo以yi獲huo得de的de帶dai寬kuan會hui按an照zhao增zeng益yi帶dai寬kuan積ji的deβc/β比例降低。

 

AD8479可以實現這種技術的典型應用，它是一個單位增益 的高共模差動放大器。AD8479能夠在±600 Vgongmoxiaceliangchafenxinhao，bingqiejuyougudingdedanweizengyi。youxieyingyongxuyaodezengyidayudanweizengyi，yincihenshihecaiyongzhiqiantidaodejishu。dianliujianceyingyongxuyaode 另一個常見增益是10，因此可以讓G1 = 10。

 

由於AD8479會衰減共模信號
，獲得更高的差分信號，然後獲得單位係統增益，所以在實施增益調整時需要考慮這一點。

 

 

由於正基準的增益為60
，正輸入的增益為1，所以電路的噪聲增益為61。此外
，由於總體增益是一致的，所以G_attn必須是1/噪聲增益：

 

 

R3和R4可以使用公式6計算得出：

 

 

AD8479的增益為指定增益，負載為2 kΩ，所以R3 + R4的目標增益如下。

 

 

為了使用標準電阻值構建這個電阻

，所以需要使用並聯電阻來實現比使用單個標準電阻可以實現的更準確的比例。

 

圖6. G = 10時，AD8479的最終原理圖

 

從圖7中可以看出，獲得的輸出（藍色）是預期輸入（黃色）的10倍。

 

圖7. G = 10時


，AD8479的輸入和輸出示波器捕捉圖

 

增益為10的電路的標稱帶寬應為典型的AD8479帶寬的1/10，這是因為βc/β– = 1/10，而實際測量的–3 dB頻率為48 kHz。

 

圖8. G = 10: –3 dB頻率時的AD8479

 

圖9顯示獲得的脈衝響應和特征與預期一致。壓擺率與標準的AD8479壓擺率一致

，但因為帶寬減小，所需的建立時間更長。

 

圖9. G = 10: 脈衝響應時的AD8479

 

由(you)於(yu)新(xin)電(dian)路(lu)為(wei)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)提(ti)供(gong)反(fan)饋(kui)，所(suo)以(yi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)共(gong)模(mo)會(hui)受(shou)到(dao)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)信(xin)號(hao)影(ying)響(xiang)。這(zhe)會(hui)改(gai)變(bian)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)
，因(yin)此(ci)應(ying)該(gai)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)，以(yi)免(mian)過(guo)度(du)驅(qu)動(dong)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。此(ci)外(wai)，由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)增(zeng)益(yi)增(zeng)加(jia)，所(suo)以(yi)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)頻(pin)譜(pu)和(he)峰(feng)峰(feng)值(zhi)也(ye)會(hui)按(an)相(xiang)同(tong)比(bi)例(li)增(zeng)加(jia)；但是，當信號被引用到輸入時
， 產生的影響可以忽略不計。最後，增益增加的電路的CMRR與前一個電路的CMRR相等（假設R3、R4和R5電阻不會額外增加共模誤差）。由於R5是用於在增加R3和R4的情況下來修正CMRR的
，所以可以對CMRR進行調優，使其比原來使用R5的電路更好。但是，這需要進行微調，且在此過程中
，您需要適當權衡和調整CMRR的增益誤差。

 

實(shi)施(shi)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)時(shi)，您(nin)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)固(gu)定(ding)增(zeng)益(yi)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)的(de)優(you)點(dian)
，而(er)不(bu)受(shou)其(qi)固(gu)定(ding)特(te)性(xing)限(xian)製(zhi)。由(you)於(yu)該(gai)技(ji)術(shu)是(shi)通(tong)用(yong)的(de)，它(ta)還(hai)可(ke)以(yi)和(he)許(xu)多(duo)其(qi)他(ta)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)。在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)任(ren)何(he)有(you)源(yuan)組(zu)件(jian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，簡(jian)單(dan)增(zeng)加(jia)三(san)個(ge)電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)在(zai)信(xin)號(hao)鏈(lian)中(zhong)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)
、複雜性和電路板大小。

 

圖7. G = 10時，AD8479的輸入和輸出示波器捕捉圖

 

增益為10的電路的標稱帶寬應為典型的AD8479帶寬的1/10，這是因為βc/β– = 1/10
，而實際測量的–3 dB頻率為48 kHz。

 

圖8. G = 10: –3 dB頻率時的AD8479

 

圖9顯示獲得的脈衝響應和特征與預期一致。壓擺率與標準的AD8479壓擺率一致
，但因為帶寬減小，所需的建立時間更長。

 

圖9. G = 10: 脈衝響應時的AD8479

 

由(you)於(yu)新(xin)電(dian)路(lu)為(wei)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)提(ti)供(gong)反(fan)饋(kui)，所(suo)以(yi)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)的(de)共(gong)模(mo)會(hui)受(shou)到(dao)兩(liang)個(ge)輸(shu)入(ru)端(duan)的(de)信(xin)號(hao)影(ying)響(xiang)。這(zhe)會(hui)改(gai)變(bian)電(dian)路(lu)的(de)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)，因(yin)此(ci)應(ying)該(gai)對(dui)其(qi)進(jin)行(xing)評(ping)估(gu)，以(yi)免(mian)過(guo)度(du)驅(qu)動(dong)運(yun)算(suan)放(fang)大(da)器(qi)。此(ci)外(wai)
，由(you)於(yu)噪(zao)聲(sheng)增(zeng)益(yi)增(zeng)加(jia)，所(suo)以(yi)輸(shu)出(chu)端(duan)的(de)噪(zao)聲(sheng)電(dian)壓(ya)頻(pin)譜(pu)和(he)峰(feng)峰(feng)值(zhi)也(ye)會(hui)按(an)相(xiang)同(tong)比(bi)例(li)增(zeng)加(jia)；但是
，當信號被引用到輸入時， 產生的影響可以忽略不計。最後，增益增加的電路的CMRR與前一個電路的CMRR相等（假設R3、R4和R5電阻不會額外增加共模誤差）。由於R5是用於在增加R3和R4的情況下來修正CMRR的，所以可以對CMRR進行調優，使其比原來使用R5的電路更好。但是，這需要進行微調，且在此過程中，您需要適當權衡和調整CMRR的增益誤差。

 

AD8479

 

● 共模電壓範圍：±600 V

● 軌到軌輸出

● 固定增益：1

● 寬電源範圍：±2.5 V至±18 V

● 電源電流：550 μA（典型值）

● 出色的交流規格

● 共模抑製比(CMRR)：90 dB（最小值）

● 310 kHz帶寬

● 高精度直流性能

● 增益非線性度：5 ppm（最大值）

● 失調電壓漂移：10 µV/°C（最大值）

● 增益漂移：5 ppm/°C（最大值）

 

實(shi)施(shi)這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)時(shi)，您(nin)可(ke)以(yi)利(li)用(yong)固(gu)定(ding)增(zeng)益(yi)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)的(de)優(you)點(dian)，而(er)不(bu)受(shou)其(qi)固(gu)定(ding)特(te)性(xing)限(xian)製(zhi)。由(you)於(yu)該(gai)技(ji)術(shu)是(shi)通(tong)用(yong)的(de)，它(ta)還(hai)可(ke)以(yi)和(he)許(xu)多(duo)其(qi)他(ta)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)。在(zai)不(bu)增(zeng)加(jia)任(ren)何(he)有(you)源(yuan)組(zu)件(jian)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，簡(jian)單(dan)增(zeng)加(jia)三(san)個(ge)電(dian)阻(zu)可(ke)以(yi)在(zai)信(xin)號(hao)鏈(lian)中(zhong)實(shi)現(xian)更(geng)高(gao)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)，這(zhe)有(you)助(zhu)於(yu)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)、複雜性和電路板大小。

 

 

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