工程師經常面臨各種挑戰,需要不斷開發新的應用程序來滿足廣泛的需求。
一般來說,很難同時滿足這些需求。
例如,一個高速,高壓運算放大器(op amp),還具有高輸出功率,并且具有同樣出色的直流精度,噪聲和失真性能。
市場上幾乎沒有具有所有這些特性的運算放大器。
但是,您可以使用兩個單獨的放大器來構建此放大器,以形成一個復合放大器。
將兩個運算放大器組合在一起可以將它們各自的優勢整合為一個。
這樣,與具有相同增益的單個放大器相比,兩個運算放大器的組合可以實現更高的帶寬。
復合放大器復合放大器由兩個獨立的放大器組成,每個放大器具有不同的特性。
圖1顯示了這種結構。
放大器1是低噪聲精密放大器ADA4091-2。
在本示例中,放大器2是AD8397,它具有高輸出功率,可用于驅動其他模塊。
圖1.由兩個串聯的運算放大器組成的復合放大器的示意圖。
圖1所示的復合放大器的配置與同相放大器的配置相似。
后者具有兩個外部工作電阻R1和R2。
可以將串聯連接的兩個運算放大器看作一個放大器。
總增益(G)由電阻比G = 1 + R1 / R2設置。
如果R3與R4的電阻比發生變化,它將影響放大器2(G2)的增益,以及放大器1(G1)的增益或輸出電平。
但是,R3和R4不會改變有效的總增益。
如果G2減少,則G1將增加。
帶寬擴展復合放大器的另一個特點是它具有更高的帶寬。
與單個放大器相比,復合放大器的帶寬更高。
因此,如果使用兩個相同的放大器,其增益帶寬積(GBWP)為100 MHz,增益G = 1,則–3 dB帶寬可以增加大約27%。
增益越高,效果越明顯,但是最高只能達到一定的極限。
一旦超過限制,它可能會變得不穩定。
當兩個增益分布不均時,也會出現這種不穩定性。
一般而言,當兩個放大器的增益均等分布時,可以獲得最大帶寬。
使用以上值(GBWP = 100 MHz,G2 = 3.16,G = 10),當總增益為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。
該描述相對簡單。
當增益均勻分配時,G2也將獲得與放大器1相同的有效增益。
但是,每個獨立放大器的開環增益都更高。
在低增益下(例如,從40 dB到20 db),兩個放大器都將在開環曲線的低區域內工作(見圖2)。
這樣,與具有相同增益的單個放大器相比,復合放大器可以獲得更高的帶寬。
圖2.通過復合放大器擴展帶寬直流精度和噪聲在典型的運算放大器電路中,部分輸出被饋送到反相輸入。
這樣,可以通過反饋路徑校正輸出誤差以提高精度。
圖1所示的組合還為放大器2提供了一條單獨的反饋路徑,盡管它也在放大器1的反饋路徑中。
由于放大器2的影響,整體配置的輸出將具有較大的誤差,但該誤差將得到糾正。
當它被反饋到放大器1時。
因此,可以保持放大器1的精度。
輸出失調僅與第一放大器的輸入失調誤差成正比,與第二放大器的失調電壓無關。
噪聲分量也是如此。
它也可以通過反饋進行校正,其中AC信號與兩個放大器級的帶寬預留有關。
只要第一級放大器具有足夠的帶寬,它將校正放大器2的噪聲成分。
到目前為止,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,則第二個放大器的噪聲成分將開始占主導地位。
如果放大器1的帶寬太高或比放大器2的帶寬高得多,則會出現問題。
這可能會在復合放大器的輸出中引起額外的噪聲峰值。
結論通過串聯連接兩個放大器,可以將兩個放大器的優異特性結合起來,以獲得單個運算放大器無法實現的結果。
例如,可以實現具有高輸出功率和高帶寬的高精度放大器。
圖1所示的示例電路使用軌到軌放大器AD8397(–3 dB帶寬= 69 MHz)和精密放大器ADA4091