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发布时间:01月07日 阅读:676



作者:Rusty Juszkiewicz,产品工程师

问题:

我们能够增添固定增益差分放大年夜器的增益吗?

谜底:

可以,经由过程增添更多的电阻

经典的四电阻差分放大年夜器可以办理许多丈量难题。然则,总有一些利用必要的机动性比这些放大年夜器所能供给的更高。因为在差分放大年夜器中电阻匹配直接影响到增益偏差和共模抑制比(CMRR),以是将这些电阻集成到同一个裸片上可以实现高机能。然则,仅仅寄托内部电阻来设置增益,用户就无法在制造商的设计选择之外机动选择自己想要的增益。

在旌旗灯号链中应用固定增益放大年夜器时,假如必要更多的增益,平日会添加另一个放大年夜器级来实现所需的总增益。虽然这种措施异常有效,但它会增添整体的繁杂性、所需的板空间、噪音、资源等。或者,您可以选择另一种措施,在不增添第二个增益级的环境下增添系统增益。经由过程在固定增益放大年夜器上增添几个电阻来供给正反馈路径,此举可以削减整体的负反馈,从而得到更高的整体增益。

在范例的负反馈设置设置设备摆设摆设中,反馈给反相输入的输出部分被称为,电路的增益为1/。=1时,全部输出旌旗灯号被返回给反相输入端,由此实现单位增益缓冲器。值较低时,实现的增益较高。

图1.负反馈:非反相运算放大年夜器设置设置设备摆设摆设。

为了前进增益,必须低落。这可以经由过程增添R2/R1的比率来实现。然则,今朝对付固定增益的的差动放大年夜器还没有法子经由过程低落其传输到反相真个反馈来前进整体增益,由于这必要用到更大年夜的反馈电阻或更小的输入电阻。经由过程将输出反馈供给给差动放大年夜器的基准引脚,也便是同相输入端,即可前进之前的固定增益放大年夜器的增益。此放澳门新葡亰网上平台app大年夜电路孕育发生的复合反馈系数(c)是-和+之间的差值,该系数同时也将抉择放大年夜电路的增益和带宽。请留意,+供给的是正反馈,是以必须确保净反馈仍旧为负(– 》 +)。

图2.组合。

为了应用+调节电路增益,第一步是谋略-(初始电路的)。留意,衰减项G_attn是差动放大年夜器的正输入旌旗灯号与运算放大年夜器的同相端输入之比。

一旦选定所需的增益,就可以确定所需的以及+。由于固定增益放大年夜器的增益是已知的,以是能够很简单地谋略出。

+的量恰正是输出旌旗灯号返回至运算放大年夜器的同相输入真个一部分。记着,反馈会经由过程+路径至基准引脚,反馈旌旗灯号会经由过程两个电阻的分压器(见图3),这两个分压电阻阻值必须要经由过程谋略才能实现精确的+。

差动放大年夜器的一个关键特点是CMRR。正极和负极收集上的电阻比是否匹配对付能否实现出色的CMRR至关紧张,是以电阻(R5)也应该与正输入电阻串联,以平衡基准引脚上增添的电阻。

为了澳门新葡亰网上平台app确定电阻R3和R4,可以应用戴维南等效电路来简化阐发。

如上所述,为了维持优越的CMRR,必须添加R5。澳门新葡亰网上平台appR5的值由R3和R4的并联组合抉择,其系数与输入衰减器中的电阻相同。由于R1/R2 = (1/G_attn) - 1这个比率,R1和R5分手可以用比率已定的R2和R3||R4代替。

如前所述,VOUT至简化电路的A_in+的增益必须即是1/+。

图3.四电阻固定增益差分放大年夜器:增益调剂。

图4.戴维南等效电路。

图5.颠末简化的正输入电阻收集。

因为R3和R4拉载运算放大年夜器,以是应该留意不要选择太小的值。一旦选定了所需的负载(R3 + R4),就可以使用公式4轻松谋略得出R3和R4的值。R3和R4确定之后,可以使用R3||R4 谋略得出R5。

由于这种技巧依附于电阻比,以是具备很高的机动性。在噪声和功耗之间必要进行权衡,电阻值应该足够大年夜,可以防止运算放大年夜器过载。此外,因为R5与R3和R4成比例,以是应该应用相同类型的电阻,以在各类温度下维持优越机能。假如R3、R4和R5一路漂移,那么这个比例将维持不变,并且因为这些电阻,纵然有热漂移,也澳门新葡亰网上平台app会维持在最低水平。着末,因为运算放大年夜器的增益更高,以是得到的带宽会按照增益带宽积的c/比例低落。

AD8479就可以实现这种技巧的范例利用,它是一个单位增益的高共模差动放大年夜器。AD8479能够在600 V共模下丈量差分旌旗灯号,并且具有固定的单位增益。有些利用必要的增益大年夜于单位增益,是以很得当采纳之条件到的技巧。电流检测利用必要的另一个常见增益是10,是以可以让G1 = 10。

因为AD8479会衰减共模旌旗灯号,得到更高的差分旌旗灯号,然后得到单位系统增益,以是在实施增益调剂时必要斟酌这一点。

因为正基准的增益为60,正输入的增益为1,以是电路的噪声增益为61。此外,因为总体增益是同等的,以是G_attn必须是1/噪声增益:

R3和R4可以应用公式6谋略得出:

AD8479的增益为指定增益,负载为2 k,以是R3 + R4的目标增益如下。

为了应用标准电阻值构建这个电阻,以是必要应用并联电阻来实现比应用单个标准电阻可以实现的更准确的比例。

图6.G = 10时,AD8479的终极道理图。

从图7中可以看出,得到的输出(蓝色)是预期输入(黄色)的10倍。

图7.G = 10时,AD8479的输入和输出示波器捕捉图。

增益为10的电路的标称带宽应为范例的AD8479带宽的1/10,这是由于c/– = 1/10,而实际丈量的–3 dB频率为48 kHz。

图8.G = 10: –3 dB频率时的AD8479。

图9.G = 10: 脉冲响适时的AD8479。

图9显示得到的脉冲相应和特性与预期同等。压摆率与标准的AD8479压摆率同等,但由于带宽减小,所需的建立光阴更长。

因为新电路为运算放大年夜器的两个输入端供给反馈,以是运澳门新葡亰网上平台app算放大年夜器的共模会受到两个输入真个旌旗灯号影响。这会改变电路的输入电压范围,是以应该对其进行评估,以免过度驱动运算放大年夜器。此外,因为噪声增益增添,以是输出真个噪声电压频谱和峰峰值也会按相同比例增添;然则,当旌旗灯号被引用到输入时,孕育发生的影响可以轻忽不计。着末,增益增添的电路的CMRR与前一个电路的CMRR相等(假设R3、R4和R5电阻不会额外增添共模偏差)。因为R5是用于在增添R3和R4的环境下来修正CMRR的,以是可以对CMRR进行调优,使其比原本应用R5的电路更好。然则,这必要进行微调,且在此历程中,您必要适当权衡和调剂CMRR的增益偏差。

实施这个历程时,您可以使用固定增益差分放大年夜器的优点,而不受其固定特点限定。因为该技巧是通用的,它还可以和许多其他差分放大年夜器一路应用。在不增添任何有源组件的环境下,简单增添三个电阻可以在旌旗灯号链中实现更高的机动性,这有助于低落资源、繁杂性和电路板大年夜小。

作者简介

Matthew“Rusty”Juszkiewicz是位于马萨诸塞州威尔明顿的ADI公司线性产品与办理规划(LPS)部的一名产品工程师。他在2015年得到东北大年夜学的电气工程硕士学位之后加入ADI公司。



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