差動(dòng)放大器――良好匹配電阻器不可或缺的器件

在單片IC設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們常常會(huì)竭盡所能地對(duì)內(nèi)部組件進(jìn)行精確的匹配。例如，精確匹配運(yùn)算放大器的輸入晶體管，旨在獲得低失調(diào)電壓。如果我們必須使用屬于我們自己的離散晶體管運(yùn)算放大器，則我們會(huì)得到 30mV 甚至更高的失調(diào)電壓。精確匹配組件的這種能力包括片上電阻器的使用。 集成差動(dòng)放大器利用高精度片上電阻器匹配和激光修整。這些集成器所擁有的卓越的共模抑制性能，有賴于精心設(shè)計(jì)集成電路的精確匹配和溫度追蹤能力。圖1 顯示了如 INA133 等差動(dòng)放大器的常用方法，其對(duì)一個(gè)低電阻分流器的電壓進(jìn)行測(cè)量，從而監(jiān)測(cè)負(fù)載的電流。要想抑制10V 共模電壓Vs，兩個(gè)輸入端增益必須完全相等并且極性相反。

圖 1 中，我假設(shè)為一個(gè)理想的運(yùn)算放大器，但輸入電阻相互偏差 ±3Ω，并且其25kΩ 額定值中存在 ±0.012% 不匹配。這種非常小的電阻誤差，會(huì)產(chǎn)生 1.2mV 的10V 共模電壓誤差。由于分流器電阻的電壓為零，10V 共模電壓引起的偏移為 1.2mV。在大多數(shù)應(yīng)用中，這是可以接受的，也即常用 50mV 滿量程分流器電壓 2.4% 偏移誤差。但是，如果您使用常見(jiàn) 1% 或者甚至 0.1% 電阻器的差動(dòng)放大器，則請(qǐng)您仔細(xì)檢查誤差：

如圖 1 所示，該表格假設(shè)四個(gè)電阻器中的兩個(gè)方向相反，并達(dá)到其最大容限，這是對(duì)潛在誤差的合理估計(jì)。如果所有四個(gè)電阻器的偏差都達(dá)到極限，則這些誤差翻倍，但這種情況不可能出現(xiàn)。 本例還表明了保持低電源阻抗以及匹配這些差動(dòng)放大器的重要性。錯(cuò)配電源阻抗帶來(lái)的額外 ±3Ω，可能會(huì)產(chǎn)生不可接受的誤差。 值得注意的是，INA133 的內(nèi)部電阻器并未精確至絕對(duì)值。25kΩ 值的精確度僅大約為 ±15%。在獲得電阻器輸入端大小相同(極性相反)增益的過(guò)程中，R1/R2 和 R3/R4 兩個(gè)比率至關(guān)重要。內(nèi)部差動(dòng)放大器起到大多數(shù)儀表放大器輸出級(jí)的作用，其存在相同的問(wèn)題。

現(xiàn)在，知道這些集成匹配內(nèi)部電阻器的值以后，我們?cè)僮鲆淮位仡?。稍后，我們將討論如何利用常?jiàn) 1% 電阻器和優(yōu)秀運(yùn)算放大器構(gòu)建一個(gè)完美的差動(dòng)放大器。