匹配的電阻器最大限度地提高放大器的性能

　　運算放大器是模擬設(shè)計師使用最多的器件，他們用運算放大器抽取、調(diào)整、轉(zhuǎn)換、緩沖、合并、過濾和調(diào)理真實世界的信號。就需要高精確度和高穩(wěn)定性的應(yīng)用而言，設(shè)計師會仔細考慮輸入失調(diào)電壓、噪聲、帶寬等性能規(guī)格，并選擇能實現(xiàn)必要性能的運算放大器。誤差往往會疊加，因此選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)等放大器之后的其他組件時，也要格外注意。盡管這一點很重要，不過設(shè)計師還必須小心，千萬不能忽視放大器之前及其周圍組件的準(zhǔn)確度之影響，尤其是電阻器。

　　電阻器匹配度影響系統(tǒng)準(zhǔn)確度

　　以下所示電路采用了 4 個電阻器和一個運算放大器，以構(gòu)成一個傳統(tǒng)的差分放大器。　

Difference Amplifier：差分放大器

　　輸出電壓由電阻器的比率決定：
       
　　從以上公式我們可以看到，在這個例子中，就決定放大器電路的性能而言，電阻器的匹配比電阻器的絕對準(zhǔn)確度重要。如果 R1 和 R2 成正比變化，那么增益將保持不變。如果一個電阻器相對于另一個電阻器有變化，那么 R1 與 R2 的比率就有變化，這樣增益就一定會變化。在精確分壓器、精確增益級和橋式電路等常用的比例電路中，情況也是這樣。在以下討論中，將針對 3 種類型的電阻器探討電阻器失配對性能的影響：精確的分立式電阻器、傳統(tǒng)匹配電阻器陣列、和新的精確匹配薄膜電阻器系列 LT5400。

　　在上圖所示的差分放大器等精確應(yīng)用中，將需要比標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻好的電阻器。讓我們從考慮高 10 倍準(zhǔn)確度 (即 0.1%) 的電阻器開始。在室溫時，每個電阻器都可能相對于其標(biāo)稱值在 -0.1% 至 +0.1% 的范圍內(nèi)變化，那么兩個電阻器最差的匹配度是 ±0.2% [ 即 (1+0.001) / (1-0.001) = 1.002] 或 2000ppm，或 9 位準(zhǔn)確度。隨著溫度變化，匹配會成為一個更大的問題。大多數(shù)電阻器制造商規(guī)定了一個獨立于容限性能規(guī)格的溫度系數(shù)。在這個例子中使用了準(zhǔn)確度為 0.1% 的電阻器可能有 25ppm/°C 的溫度系數(shù)。在 0°C 至 70°C 的范圍內(nèi)，誤差結(jié)果高于 3000ppm。這種誤差會轉(zhuǎn)變成放大器電路的增益誤差，而且其中未包括運算放大器本身的非理想性或信號鏈路中其他誤差源所引起的誤差。

　　如果需要更高的準(zhǔn)確度，那么可能需要選擇更精確的 0.01% 容限之電阻器，不過要實現(xiàn)最佳性能，應(yīng)該使用精確匹配的電阻器陣列。電阻器陣列由包含在單個封裝中的多個電阻器組成，其中的電阻器往往隨著溫度變化相互跟蹤。例如，一個 0.01% 容限的電阻器陣列可能有 ±2ppm/°C 的比率溫度系數(shù)，從而在 0°C 至 70°C 的范圍內(nèi)引起 190ppm 的誤差。這相對于分立式 0.1% 電阻器的情況有了顯著改善。

　　如果還需要更高的精確度，就可以使用凌力爾特公司新的精確匹配電阻器系列 LT5400。該系列器件運用了周密的布局方法，以便 4 個薄膜電阻器中的每一個都是平衡的，而且共用同一個中央點。LT5400 采用小型、表面貼裝封裝，具有 ±75V 的工作電壓。每個封裝都包括了 4 個電阻器，并提供不同的標(biāo)稱電阻值，R1/R2 的比率分別為 1、5 和 10，未來將提供更多選項 (參見表 1)。封裝底部一個大的裸露焊盤為所有 4 個電阻器提供一致的熱條件，該焊盤在功率消耗很大時，還最大限度地減小了內(nèi)部的上升溫度。這種設(shè)計確保所有 4 個電阻器都有相同的工作環(huán)境。LT5400 隨溫度變化提供好于 0.01% 的電阻器至電阻器匹配、1ppm/°C 的匹配溫度漂移、以及在 2000 小時以后不到 2ppm 的長期穩(wěn)定性誤差。因此，該器件在 0°C 至 70°C 的范圍內(nèi)實現(xiàn)了 100ppm 的匹配誤差 (表 2)。它在更寬的 -50°C 至 150°C 溫度范圍內(nèi)保持了卓越的性能。LT5400 隨時間變化時也非常穩(wěn)定。它在 2000 小時時顯示了不到 2ppm 的變化。