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。

 

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

 

fuhefangdaqidelingyigetexingshijubeigenggaodaikuan。xiangbidangefangdaqi，fuhefangdaqidedaikuangenggao。suoyi，ruguoshiyonglianggewanquanxiangtongdefangdaqi
，qizengyidaikuanji(GBWP)為100 MHz，增益G = 1
，那麼–3 dB帶寬可以提高約27%。增zeng益yi越yue高gao，效xiao果guo越yue明ming顯xian，但dan最zui高gao隻zhi能neng達da到dao特te定ding限xian值zhi。一yi旦dan超chao過guo限xian值zhi，可ke能neng會hui不bu穩wen定ding。兩liang個ge增zeng益yi分fen布bu不bu均jun時shi，也ye會hui出chu現xian這zhe種zhong不bu穩wen定ding的de情qing況kuang。一yi般ban來lai說shuo
，在zai兩liang個ge放fang大da器qi的de增zeng益yi均jun等deng分fen布bu的de情qing況kuang下xia，可ke獲huo得de最zui大da帶dai寬kuan。采cai用yong上shang述shu值zhi（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。

 

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(qi)2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tu1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。

 

作者

 

Thomas Brand

 

Thomas Brand於2015年10月加入德國慕尼黑的ADI公司，當時他還在攻讀碩士。2016年5月至2017年1月，他參加了ADI公司的現場應用工程師培訓生項目。之後在2017年2yue，takaishidanrenxianchangyingyonggongchengshizhiwei，zhuyaofuzegongyedakehu。ciwai，tahaizhuanzhuyuyanjiugongyeyitaiwang
，bingweizhongoudexiangguanzhutitigongzhichi。tabiyeyudeguomosibahedelianhejiaoyudaxuedianqigongchengzhuanye
，zhihouzaideguokangsitanciyingyongkexuedaxuehuodeguojixiaoshoushuoshixuewei。

 

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