複合放大器

 

複合放大器由兩個單獨放大器組合而成
，分別具有不同的特性。 圖1所示就是這種結構。放大器1為低噪聲精密放大器ADA4091-2。 在本例中，放大器2為AD8397,具有高輸出功率，可用於驅動其他模塊。

 

圖1. 兩個運算放大器串聯構成複合放大器的示意圖

 

圖1所示的複合放大器的配置與同相放大器的配置類似，後者具有兩個外部操作電阻R1和R2。將兩個串聯在一起的運算放大器看作一個放大器。總增益(G)通過電阻比設置，G = 1 + R1/R2。如果R3與R4電阻比發生變化，會影響放大器2 (G2)的增益，也會影響放大器1 (G1)的增益或輸出電平。但是
，R3和R4不會改變有效總增益。如果G2降低，G1將增加。

 

帶寬擴展

 

複(fu)合(he)放(fang)大(da)器(qi)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)特(te)性(xing)是(shi)具(ju)備(bei)更(geng)高(gao)帶(dai)寬(kuan)。相(xiang)比(bi)單(dan)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)
，複(fu)合(he)放(fang)大(da)器(qi)的(de)帶(dai)寬(kuan)更(geng)高(gao)。所(suo)以(yi)，如(ru)果(guo)使(shi)用(yong)兩(liang)個(ge)完(wan)全(quan)相(xiang)同(tong)的(de)放(fang)大(da)器(qi)
，其(qi)增(zeng)益(yi)帶(dai)寬(kuan)積(ji)(GBWP)為100 MHz，增益G = 1，那麼–3 dB帶寬可以提高約27%。增(zeng)益(yi)越(yue)高(gao)，效(xiao)果(guo)越(yue)明(ming)顯(xian)，但(dan)最(zui)高(gao)隻(zhi)能(neng)達(da)到(dao)特(te)定(ding)限(xian)值(zhi)。一(yi)旦(dan)超(chao)過(guo)限(xian)值(zhi)，可(ke)能(neng)會(hui)不(bu)穩(wen)定(ding)。兩(liang)個(ge)增(zeng)益(yi)分(fen)布(bu)不(bu)均(jun)時(shi)
，也(ye)會(hui)出(chu)現(xian)這(zhe)種(zhong)不(bu)穩(wen)定(ding)的(de)情(qing)況(kuang)。一(yi)般(ban)來(lai)說(shuo)，在(zai)兩(liang)個(ge)放(fang)大(da)器(qi)的(de)增(zeng)益(yi)均(jun)等(deng)分(fen)布(bu)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，可(ke)獲(huo)得(de)最(zui)大(da)帶(dai)寬(kuan)。采(cai)用(yong)上(shang)述(shu)值(zhi)（GBWP = 100 MHz、G2 = 3.16
、G = 10），在總增益為10時，兩個放大器組合的–3 dB帶寬可以達到單個放大器的3倍。

 

這種說明相對簡單。增益均勻分布時，G2也會獲得與放大器1相同的有效增益。但是
，每個獨立放大器的開環增益更高。增益較低時，例如，從40 dB降至20db時，兩個放大器都會在開環曲 線的低區域內運行（參見圖2）。如此，與具有同樣增益的單個放大器相比，複合放大器可獲得更高帶寬。

 

圖2. 通過複合放大器擴展帶寬

 

直流精度和噪聲

 

在典型運算放大器電路中

，部分輸出會饋送到反相輸入。如此，可以通過反饋路徑來修正輸出誤差，以提高精度。圖1所示的組合也為放大器2提供了單獨的反饋路徑


，雖然它也在放大器1 的反饋路徑中。整體配置輸出會因放大器2產生更大誤差，但在反饋給放大器1時，會修正這種誤差。因此
，可以保持放大器1的精度。輸出失調僅與第一個放大器的輸入失調誤差成正比，與第二個放大器的失調電壓無關。

 

zaoshengfenliangyeyiyang。tayetongguofankuidedaoxiuzheng，qizhongjiaoliuxinhaoyulianggefangdaqijidedaikuanyuliuxiangguan。zhiyaodiyigefangdaqijijubeizugoudaikuan
，tajiuhuixiuzhengfangdaqi2的噪聲分量。至此，其輸出電壓噪聲密 度占主導地位。但是，如果超過了放大器1的帶寬
，那麼第二個放大器的噪聲分量開始占主導。如果放大器1的帶寬過高，或者遠高於放大器2的帶寬，就會產生問題。這可能導致複合放大器的輸出中出現額外的噪聲峰值。

 

結論

 

通tong過guo將jiang兩liang個ge放fang大da器qi串chuan聯lian在zai一yi起qi
，可ke以yi將jiang兩liang者zhe的de出chu色se特te性xing相xiang結jie合he，從cong而er獲huo得de使shi用yong單dan個ge運yun算suan放fang大da器qi無wu法fa實shi現xian的de結jie果guo。例li如ru
，可ke以yi實shi現xian具ju有you高gao輸shu出chu功gong率lv和he高gao帶dai寬kuan的de高gao精jing度du放fang大da器qi。圖tu1所示的示例電路使用了軌到軌放大器AD8397（–3 dB帶寬 = 69 MHz）和精密放大器ADA4091-2（–3 dB帶寬 = 1.2 MHz），將兩者組合得到的帶寬比單個放大器（放大器1）的帶寬要高2倍以上(G = 10)。此外
，將AD8397和各種精密放大器組合，還可以降低噪聲，並改善THD特te性xing。但dan是shi，在zai設she計ji中zhong
，還hai必bi須xu通tong過guo修xiu正zheng放fang大da器qi配pei置zhi來lai確que保bao係xi統tong的de穩wen定ding性xing。如ru果guo考kao慮lv所suo有you標biao準zhun

，複fu合he放fang大da器qi也ye可ke能neng適shi用yong於yu各ge種zhong要yao求qiu嚴yan苛ke的de廣guang泛fan應ying用yong。

 

作者

 

Thomas Brand

 

Thomas Brand於2015年10月加入德國慕尼黑的ADI公司
，當時他還在攻讀碩士。2016年5月至2017年1月，他參加了ADI公司的現場應用工程師培訓生項目。之後在2017年2月(yue)，他(ta)開(kai)始(shi)擔(dan)任(ren)現(xian)場(chang)應(ying)用(yong)工(gong)程(cheng)師(shi)職(zhi)位(wei)，主(zhu)要(yao)負(fu)責(ze)工(gong)業(ye)大(da)客(ke)戶(hu)。此(ci)外(wai)
，他(ta)還(hai)專(zhuan)注(zhu)於(yu)研(yan)究(jiu)工(gong)業(ye)以(yi)太(tai)網(wang)，並(bing)為(wei)中(zhong)歐(ou)的(de)相(xiang)關(guan)主(zhu)題(ti)提(ti)供(gong)支(zhi)持(chi)。他(ta)畢(bi)業(ye)於(yu)德(de)國(guo)莫(mo)斯(si)巴(ba)赫(he)的(de)聯(lian)合(he)教(jiao)育(yu)大(da)學(xue)電(dian)氣(qi)工(gong)程(cheng)專(zhuan)業(ye)，之(zhi)後(hou)在(zai)德(de)國(guo)康(kang)斯(si)坦(tan)茨(ci)應(ying)用(yong)科(ke)學(xue)大(da)學(xue)獲(huo)得(de)國(guo)際(ji)銷(xiao)售(shou)碩(shuo)士(shi)學(xue)位(wei)。

 

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