一些理想的運算放大器（通常簡寫為op-amp或opamp）配置是假定反饋電阻呈現出完美匹配。但在實踐中，電阻的非理想特征會影響各種電路參數
，如共模抑製比（CMRR）、諧波失真和穩定性。

 

運放是一種直流耦合高增益電子電壓放大器，具有差分輸入，且通常是單端輸出。在這種配置下，運放產生的輸出電位（相對於電路地）通常比其輸入端之間的電位差大數千倍。

 

精密放大器和模數轉換器（ADC）的de實shi際ji性xing能neng通tong常chang難nan以yi實shi現xian，因yin為wei數shu據ju表biao規gui格ge是shi基ji於yu理li想xiang的de組zu件jian。精jing心xin匹pi配pei的de電dian阻zu網wang絡luo比bi不bu匹pi配pei的de分fen立li元yuan件jian在zai匹pi配pei精jing度du上shang高gao幾ji個ge數shu量liang級ji，確que保bao數shu據ju表biao規gui格ge滿man足zu精jing密mi集ji成cheng電dian路lu（IC）要求。

 

在電源方案的單片IC設she計ji中zhong，我wo們men經jing常chang會hui用yong到dao精jing確que匹pi配pei內nei部bu組zu件jian的de能neng力li。例li如ru
，通tong過guo精jing確que匹pi配pei運yun放fang的de輸shu入ru晶jing體ti管guan來lai提ti供gong低di失shi調tiao電dian壓ya。如ru果guo我wo們men非fei得de用yong分fen立li晶jing體ti管guan來lai製zhi作zuo運yun放fang
，那na麼me將jiang會hui有you30mV或更高的失調電壓。這種精確匹配元件的能力包括片上電阻匹配。

 

圖1：反相運放配置。

 

jichengchafenfangdaqijiuliyonglejingquedepianshangdianzupipeihejiguangweitiao。zhexiejichengqijianyouyidegongmoyizhiyilaiyujingxinshejidejichengdianludejingquepipeihewendugenzong。

 

通過使用成對切割（1:1比率）的芯片並將其放置在密閉網絡封裝中可實現明顯的跟蹤增益。可以通過使用超高精度電阻（熱端或冷端的電阻溫度係數在0.05 ppm/oC，相鄰的兩個芯片顯示的溫漂軌跡差在0.1 ppm/oC以內）來實現極限增益。為獲得最佳跟蹤效果，必須使用絕對電阻溫度係數非常低的電阻（稱為超高精度電阻）
，這也有助於避免由於溫度梯度造成的複雜性。

 

匹配電阻對許多差分電路的性能都至關重要。比率之間的任何不匹配都會導致共模誤差。在這些電路中
，CMRR是個重要指標，因為它表明有多少不期望的共模信號會出現在輸出中。由這些電路中的電阻引起的CMRR可以使用以下公式計算：

 

CMRR=1/2(G+1)/ Δ R/R（G =增益[放大係數]，R =電阻[Ω]）

 

在精密醫療設備（如電子掃描顯微鏡、血細胞計數設備和體內診斷探頭）中，使用高度匹配精密電阻的差分放大器至關重要。

 

圖2：差分放大器。

 

惠斯登電橋（或電阻電橋）電dian路lu可ke用yong於yu多duo種zhong應ying用yong。當dang今jin，利li用yong現xian代dai運yun放fang
，我wo們men可ke以yi使shi用yong惠hui斯si登deng電dian橋qiao電dian路lu將jiang各ge種zhong變bian頻pin器qi和he傳chuan感gan器qi連lian接jie到dao這zhe些xie放fang大da器qi電dian路lu。除chu了le將jiang未wei知zhi電dian阻zu與yu已yi知zhi電dian阻zu進jin行xing比bi較jiao外wai，惠hui斯si登deng電dian橋qiao在zai電dian子zi電dian路lu中zhong有you許xu多duo用yong途tu。惠hui斯si登deng電dian橋qiao電dian路lu其qi實shi就jiu是shi兩liang個ge簡jian單dan的de電dian阻zu串chuan並bing聯lian組zu合he，當dang連lian接jie在zai電dian壓ya源yuan和he接jie地di之zhi間jian的de電dian阻zu平ping衡heng時shi，在zai這zhe兩liang個ge並bing聯lian支zhi路lu之zhi間jian就jiu會hui產chan生sheng零ling壓ya差cha。

 

惠斯登電橋電路具有兩個輸入端和兩個輸出端
，由四個電阻構成，如圖3所(suo)示(shi)的(de)菱(ling)形(xing)結(jie)構(gou)。這(zhe)是(shi)惠(hui)斯(si)登(deng)電(dian)橋(qiao)的(de)典(dian)型(xing)畫(hua)法(fa)。與(yu)運(yun)放(fang)一(yi)起(qi)使(shi)用(yong)時(shi)，惠(hui)斯(si)登(deng)電(dian)橋(qiao)電(dian)路(lu)可(ke)用(yong)於(yu)測(ce)量(liang)和(he)放(fang)大(da)電(dian)阻(zu)的(de)微(wei)小(xiao)變(bian)化(hua)。與(yu)使(shi)用(yong)常(chang)規(gui)薄(bo)膜(mo)電(dian)阻(zu)相(xiang)比(bi)，超(chao)高(gao)精(jing)度(du)電(dian)阻(zu)的(de)使(shi)用(yong)可(ke)精(jing)確(que)地(di)將(jiang)電(dian)橋(qiao)平(ping)衡(heng)點(dian)接(jie)地(di)。所(suo)有(you)四(si)個(ge)電(dian)阻(zu)都(dou)各(ge)司(si)其(qi)職(zhi)，所(suo)以(yi)其(qi)匹(pi)配(pei)和(he)穩(wen)定(ding)性(xing)對(dui)於(yu)電(dian)橋(qiao)平(ping)衡(heng)非(fei)常(chang)必(bi)要(yao)。

 

圖3：惠斯登電橋差分放大器。

 

平(ping)衡(heng)良(liang)好(hao)的(de)惠(hui)斯(si)登(deng)電(dian)橋(qiao)差(cha)分(fen)放(fang)大(da)器(qi)可(ke)用(yong)於(yu)電(dian)站(zhan)的(de)智(zhi)能(neng)電(dian)網(wang)電(dian)力(li)電(dian)路(lu)測(ce)量(liang)。它(ta)們(men)也(ye)用(yong)於(yu)太(tai)陽(yang)能(neng)轉(zhuan)換(huan)器(qi)，其(qi)中(zhong)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)直(zhi)接(jie)取(qu)決(jue)於(yu)使(shi)用(yong)高(gao)穩(wen)定(ding)電(dian)阻(zu)的(de)電(dian)阻(zu)橋(qiao)的(de)平(ping)衡(heng)。

 

精密和低噪聲運放通常用於在傳感器信號（如溫度、壓力
、光線）進入ADC之(zhi)前(qian)調(tiao)節(jie)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)。在(zai)這(zhe)種(zhong)應(ying)用(yong)中(zhong)，輸(shu)入(ru)失(shi)調(tiao)電(dian)壓(ya)和(he)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)噪(zao)聲(sheng)這(zhe)兩(liang)個(ge)特(te)定(ding)的(de)運(yun)放(fang)參(can)數(shu)對(dui)於(yu)良(liang)好(hao)的(de)係(xi)統(tong)分(fen)辨(bian)率(lv)至(zhi)關(guan)重(zhong)要(yao)。超(chao)高(gao)精(jing)度(du)電(dian)阻(zu)的(de)低(di)失(shi)調(tiao)和(he)低(di)噪(zao)聲(sheng)參(can)數(shu)使(shi)其(qi)成(cheng)為(wei)傳(chuan)感(gan)器(qi)接(jie)口(kou)和(he)發(fa)送(song)器(qi)的(de)理(li)想(xiang)選(xuan)擇(ze)。

 

圖4：運放求和公式。

 

圖5：數模轉換器。

 

作為參考，高精度電阻用於數模轉換器（DAC）輸入也可實現更好的結果。通過高精度匹配電阻傳遞的數字信號使模擬信號輸出的噪聲和失真更小。Bulk Metal Foil技術的噪聲等級為-40dB，使得這種電阻技術成為高端音頻ADC/DAC電路中參考和增益電阻的理想方案。低噪聲運放在航空電子設備、軍用和航天（AMS）RFI設備（包括陀螺儀
、GPS芯片組控製放大器和天線方向控製單元）中也非常關鍵。

 

本文轉載自電子技術設計。

 

 

推薦閱讀：