匹配電阻幫助提高放大器性能

　　運(yùn)算放大器是模仿設(shè)計(jì)人員廣泛利用的器件，它們可用于提取、調(diào)劑、轉(zhuǎn)換、緩沖、合并、過(guò)濾和調(diào)理真實(shí)世界的信號(hào)。對(duì)于需要高正確度和高牢固性的利用而言，設(shè)計(jì)人員需要仔細(xì)考慮輸入失調(diào)電壓、噪聲、帶寬等性能規(guī)格，并選取能夠?qū)崿F(xiàn)必要性能的運(yùn)算放大器。由于誤差往往會(huì)累加，因此，在選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、電壓基準(zhǔn)等放大器之后的其他器件時(shí)，也要格外注意。盡管這一點(diǎn)很重要，設(shè)計(jì)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(duì)系統(tǒng)正確度的影響

　　圖中的電路采用了4個(gè)電阻器和一個(gè)運(yùn)算放大器，以構(gòu)成一個(gè)傳統(tǒng)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(tǒng)的差分放大器。

　　從以上公式我們可以看到，在這個(gè)例子中，就決定放大器電路的性能而言，電阻匹配比絕對(duì)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(gè)電阻相對(duì)于另一個(gè)電阻變更，那么R1與R2的比率就會(huì)變更，從而導(dǎo)致增益產(chǎn)生變更。在精準(zhǔn)分壓器、精準(zhǔn)增益級(jí)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(duì)3種類型的電阻器來(lái)探討電阻失配對(duì)性能的影響：精準(zhǔn)分立電阻器，傳統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)，每個(gè)電阻器都可能相對(duì)其標(biāo)稱值在-0.1%至+0.1%的領(lǐng)域內(nèi)變更，那么，兩個(gè)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(huì)成為一個(gè)更大的問(wèn)題。大多數(shù)電阻器制作商規(guī)定了一個(gè)獨(dú)立于容差規(guī)格闡明的溫度系數(shù)。在這個(gè)例子中利用的正確度為0.1%的電阻可能有25ppm/℃的溫度系數(shù)。在0℃至70℃的領(lǐng)域內(nèi)，誤差成果高于3000ppm。這種誤差會(huì)轉(zhuǎn)變成放大器電路的增益誤差，而且其中并未含運(yùn)算放大器本身的非理想狀態(tài)或信號(hào)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(guò)，要實(shí)現(xiàn) 佳的性能，應(yīng)當(dāng)利用正確匹配的電阻器陣列。電阻器陣列（單個(gè)封裝中含多個(gè)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(gè)0.01%容差的陣列可能有±2ppm/℃的比率溫度系數(shù)，從而在0℃至70℃的領(lǐng)域內(nèi)產(chǎn)生190ppm的誤差。這相對(duì)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(gè)薄膜電阻器中的每一個(gè)在幾何上都平衡，而且共有同一個(gè)中心點(diǎn)。LT5400采用小型的表貼封裝，具有±75V的工作電壓。每個(gè)封裝都含了4個(gè)電阻器，并且供給了不同的標(biāo)稱電阻值，R1/R2的比率分辨為1、5和10，未來(lái)還將供給更多選項(xiàng)（表1）。封裝底部的一個(gè)大裸露焊盤為所有4個(gè)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(nèi)部的溫升。這種設(shè)計(jì)確保了所有4個(gè)電阻器都有雷同的工作環(huán)境。LT5400在溫度變更時(shí)供給了優(yōu)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(shí)以后不到2ppm的長(zhǎng)期牢固性誤差。因此，該器件在0℃至70℃的領(lǐng)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)了100ppm的匹配誤差（表2）。它在甚至更寬的-50℃至150℃溫度領(lǐng)域內(nèi)仍能保持精彩的性能。LT5400隨時(shí)間變更時(shí)也非常牢固。它在2000小時(shí)內(nèi)具有不到2ppm的變更。

　　表2：不同類型電阻器匹配誤差對(duì)照。

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本文導(dǎo)航

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