匹配電阻幫助提高放大器性能

　　運算放大器是模仿設計人員廣泛利用的器件，它們可用于提取、調劑、轉換、緩沖、合并、過濾和調理真實世界的信號。對于需要高正確度和高牢固性的利用而言，設計人員需要仔細考慮輸入失調電壓、噪聲、帶寬等性能規格，并選取能夠實現必要性能的運算放大器。由于誤差往往會累加，因此，在選擇數據轉換器、電壓基準等放大器之后的其他器件時，也要格外注意。盡管這一點很重要，設計人員還是需要警惕，不能疏忽放大器之前及其周圍器件的正確度影響，尤其是電阻器。

　　電阻匹配對系統正確度的影響

　　圖中的電路采用了4個電阻器和一個運算放大器，以構成一個傳統的差分放大器（見圖1）。其輸出電壓由電阻器的比率決定：

　　圖：傳統的差分放大器。

　　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，電阻匹配比絕對精度更加重要。如果R1和R2成比例變更，那么增益將保持不變。如果一個電阻相對于另一個電阻變更，那么R1與R2的比率就會變更，從而導致增益產生變更。在精準分壓器、精準增益級和橋式電路等其他常用的比例電路中，情況也是這樣。在以下的討論中，將針對3種類型的電阻器來探討電阻失配對性能的影響：精準分立電阻器，傳統的匹配電阻器陣列，以及 新正確匹配薄膜電阻器系列LT5400。

　　在上圖所示的差分放大器等高正確度利用中，將需要比標準的1%電阻更好的電阻器。讓我們從正確度高10倍（即0.1%）的電阻器開端考慮。在室溫時，每個電阻器都可能相對其標稱值在-0.1%至+0.1%的領域內變更，那么，兩個電阻器匹配 差的情況是±0.2%（（1+0.001）/（1-0.001）=1.002）或2000ppm，或9位正確度。隨著溫度的變更，匹配會成為一個更大的問題。大多數電阻器制作商規定了一個獨立于容差規格闡明的溫度系數。在這個例子中利用的正確度為0.1%的電阻可能有25ppm/℃的溫度系數。在0℃至70℃的領域內，誤差成果高于3000ppm。這種誤差會轉變成放大器電路的增益誤差，而且其中并未含運算放大器本身的非理想狀態或信號鏈路中的其他誤差源。

　　如果需要更高的正確度，那么可能需要選擇更正確的0.01%容差的電阻器，不過，要實現 佳的性能，應當利用正確匹配的電阻器陣列。電阻器陣列（單個封裝中含多個電阻器）中的電阻器往往隨著溫度的變更而相互追隨。例如：一個0.01%容差的陣列可能有±2ppm/℃的比率溫度系數，從而在0℃至70℃的領域內產生190ppm的誤差。這相對于分立式0.1%電阻器的情況有了明顯改良。

　　如果還需要更高的正確度，就可以利用凌力爾特公司的新型正確匹配電阻器系列LT5400。該系列器件采用了周到的布局方法，以便4個薄膜電阻器中的每一個在幾何上都平衡，而且共有同一個中心點。LT5400采用小型的表貼封裝，具有±75V的工作電壓。每個封裝都含了4個電阻器，并且供給了不同的標稱電阻值，R1/R2的比率分辨為1、5和10，未來還將供給更多選項（表1）。封裝底部的一個大裸露焊盤為所有4個電阻器供給一致的熱條件，并且在功耗很大的情況下，該焊盤還可 大限度地減小器件內部的溫升。這種設計確保了所有4個電阻器都有雷同的工作環境。LT5400在溫度變更時供給了優于0.01%的電阻至電阻匹配，1ppm/℃的匹配溫度漂移，以及在2000小時以后不到2ppm的長期牢固性誤差。因此，該器件在0℃至70℃的領域內實現了100ppm的匹配誤差（表2）。它在甚至更寬的-50℃至150℃溫度領域內仍能保持精彩的性能。LT5400隨時間變更時也非常牢固。它在2000小時內具有不到2ppm的變更。

　　表2：不同類型電阻器匹配誤差對照。

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本文導航

• 第 1 頁：匹配電阻援助進步放大器性能(1)
• 第 2 頁：共模電壓的影響