構(gòu)建屬于你自己的差動(dòng)放大器——有時(shí) 1% 電阻就已經(jīng)足夠了

作者：TI專家 Bruce Trump

通過(guò)上一篇文章，我們知道，集成差動(dòng)放大器的高精確匹配的電阻器對(duì)于獲得需共模抑制至關(guān)重要。

然而，在一種相對(duì)常見(jiàn)的情況下，1% 電阻器和一個(gè)較好的運(yùn)算放大器便可以構(gòu)建一個(gè)完全合格的差動(dòng)放大器。當(dāng)我們?cè)谪?fù)載“低側(cè)”的情況下使用一個(gè)分流器進(jìn)行電流測(cè)量時(shí)，共模電壓常常非常小。您可能會(huì)忍不住想要使用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的非反相放大器來(lái)測(cè)量該分流器的電壓，因?yàn)榉至髌麟妷簽榻拥貐⒖肌５?，仍然可能?huì)有較小的雜散接地電阻壓降。您可能需要一種差動(dòng)測(cè)量方法對(duì)該電壓進(jìn)行開(kāi)爾文檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)分流器的四線連接。

由于雜散或者寄生電阻的壓降都很小，因此使用中等共模抑制比的差動(dòng)放大器便已完全足夠。正如我們?cè)谏现艿奈恼轮兴懻摰哪菢?，如果在這種自制差動(dòng)放大器的電阻器中，有兩個(gè)電阻器錯(cuò)配 ±1%，則雜散電阻誤差電壓衰減 100x，也即 40dB 的共模抑制比。 如果這種寄生雜散電阻的唯一電流為已測(cè)得的負(fù)載電流，則所產(chǎn)生的誤差剛好為期望信號(hào)的增益誤差。它可以為正或者負(fù)增益誤差，具體取決于電阻器錯(cuò)配的方向。但是，電路板或者系統(tǒng)中常常會(huì)存在其他電流，這些電流可能會(huì)形成與已測(cè)得的負(fù)載電流無(wú)關(guān)的電壓。

另外，圖 2 描述了一個(gè)低側(cè)測(cè)量案例。在這種情況下，您可能還會(huì)需要高精確電阻器匹配。此時(shí)，輸出電壓為偏移電壓，并且基準(zhǔn)電壓應(yīng)用于差動(dòng)放大器的“參考”端。這樣做的目的一般是為了把輸出電壓升高至零以上，從而更加精確地處理接近零負(fù)載電流的信號(hào)。這種方法與我們上周介紹的方法極為相似。這種偏移電壓，同我們上周討論過(guò)的大共模輸入電壓很像。你需要精確的電阻率（例如：使用 INA133 時(shí)的電阻率），以確保 Vout 精確匹配 2.5V VR，從而成為參考電壓。 簡(jiǎn)易差動(dòng)放大器是一種重要的電路工具，每一名模擬設(shè)計(jì)人員都要了解其共模抑制屬性和電阻器匹配的相關(guān)問(wèn)題。但是，需要注意的是，用于測(cè)量分流器電流的專用 IC 數(shù)量眾多。TI 將這些 IC 都統(tǒng)稱作分流器電流監(jiān)控器。它們可以在 -22V 到 +80V 的電壓范圍，對(duì)各種電阻器的電流進(jìn)行測(cè)量。除電流外，它們中的一些還可以測(cè)量電壓，并計(jì)算出功率大小。利用本文介紹的分流器電流監(jiān)控器選擇指南，看這些器件是否能夠滿足您的需要。

補(bǔ)充材料—下列 Excel 公式用于計(jì)算最接近的標(biāo)準(zhǔn) 1% 電阻值。復(fù)制下面藍(lán)色部分內(nèi)容，將其粘貼至 Excel 單元格 A2 中。在單元格 A1 中放入某個(gè)電阻值，單元格 A2 便會(huì)顯示出最為接近的 1% 值。您可以將 A2 復(fù)制到其他單元格，這樣便可以在其左側(cè)單元格顯示計(jì)算出的電阻值。

=IF(A1>(INT(0.5+100*POWER(10,IF(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1)))-ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)0,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)-1,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0))/96))* POWER(10,INT(LOG(A1))-2)+INT(0.5+100*POWER(10,(IF(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1)))-ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)0,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)-1,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0))+1)/96))*POWER(10,INT(LOG(A1))-2))/2,INT(0.5+100*POWER(10,(IF(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1)))-ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)0,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)-1, ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0))+1)/96))*POWER(10,INT(LOG(A1))-2),INT(0.5+100*POWER(10,IF(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1)))-ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)0,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0)-1,ROUND(96*(LOG(A1)-INT(LOG(A1))),0))/96))*POWER(10,INT(LOG(A1))-2))

趕緊動(dòng)手吧，試一試！