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標題: 運放電路超高精度電阻使用 [打印本頁]

作者: Ameya360 時間: 2018-3-30 16:54
標題: 運放電路超高精度電阻使用
一些理想的運算放大器配置假定反饋電阻器呈現完美匹配。在實踐中，電阻器的非理想性會影響各種電路參數，如共模抑制比 (CMRR)、諧波失真和穩定性。電源解決方案的單片IC設計常常會發揮精確匹配內部元件的能力。仔細匹配的電阻網絡可以實現比失配分立元件更精確的匹配數量級。通過高精度匹配電阻傳遞的數字信號也使輸出模擬信號的噪聲和失真更小。

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，如共模抑制比（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（相對于電路地）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）的實際性能通常難以實現，因為數據表規格是基于理想的組件。精心匹配的電阻網絡比不匹配的分立元件在匹配精度上高幾個數量級，確保數據表規格滿足精密集成電路（IC）要求。

在電源方案的單片IC設計中，我們經常會用到精確匹配內部組件的能力。例如，通過精確匹配運放的輸入晶體管來提供低失調電壓。如果我們非得用分立晶體管來制作運放，那么將會有30mV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。

集成差分放大器就利用了精確的片上電阻匹配和激光微調。這些集成器件優異的共模抑制依賴于精心設計的集成電路的精確匹配和溫度跟蹤。

通過使用成對切割（1:1比率）的芯片并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系數在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系數非常低的電阻（稱為超高精度電阻），這也有助于避免由于溫度梯度造成的復雜性。

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[放大系數]，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）電路可用于多種應用。當今，利用現代運放，我們可以使用惠斯登電橋電路將各種變頻器和傳感器連接到這些放大器電路。除了將未知電阻與已知電阻進行比較外，惠斯登電橋在電子電路中有許多用途。惠斯登電橋電路其實就是兩個簡單的電阻串并聯組合，當連接在電壓源和接地之間的電阻平衡時，在這兩個并聯支路之間就會產生零壓差。

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所示的菱形結構。這是惠斯登電橋的典型畫法。與運放一起使用時，惠斯登電橋電路可用于測量和放大電阻的微小變化。與使用常規薄膜電阻相比，超高精度電阻的使用可精確地將電橋平衡點接地。所有四個電阻都各司其職，所以其匹配和穩定性對于電橋平衡非常必要。

圖3：惠斯登電橋差分放大器。

平衡良好的惠斯登電橋差分放大器可用于電站的智能電網電力電路測量。它們也用于太陽能轉換器，其中轉換器的效率直接取決于使用高穩定電阻的電阻橋的平衡。

精密和低噪聲運放通常用于在傳感器信號（如溫度、壓力、光線）進入ADC之前調節這些信號。在這種應用中，輸入失調電壓和輸入電壓噪聲這兩個特定的運放參數對于良好的系統分辨率至關重要。超高精度電阻的低失調和低噪聲參數使其成為傳感器接口和發送器的理想選擇。

圖4：運放求和公式。

圖5：數模轉換器。

作為參考，高精度電阻用于數模轉換器（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芯片組控制放大器和天線方向控制單元）中也非常關鍵。

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