差動放大器――良好匹配電阻器不可或缺的器件

在單片IC設計過程中，我們常常會竭盡所能地對內部組件進行精確的匹配。例如，精確匹配運算放大器的輸入晶體管，旨在獲得低失調電壓。如果我們必須使用屬于我們自己的離散晶體管運算放大器，則我們會得到 30mV 甚至更高的失調電壓。精確匹配組件的這種能力包括片上電阻器的使用。 集成差動放大器利用高精度片上電阻器匹配和激光修整。這些集成器所擁有的卓越的共模抑制性能，有賴于精心設計集成電路的精確匹配和溫度追蹤能力。圖1 顯示了如 INA133 等差動放大器的常用方法，其對一個低電阻分流器的電壓進行測量，從而監測負載的電流。要想抑制10V 共模電壓Vs，兩個輸入端增益必須完全相等并且極性相反。

圖 1 中，我假設為一個理想的運算放大器，但輸入電阻相互偏差 ±3Ω，并且其25kΩ 額定值中存在 ±0.012% 不匹配。這種非常小的電阻誤差，會產生 1.2mV 的10V 共模電壓誤差。由于分流器電阻的電壓為零，10V 共模電壓引起的偏移為 1.2mV。在大多數應用中，這是可以接受的，也即常用 50mV 滿量程分流器電壓 2.4% 偏移誤差。但是，如果您使用常見 1% 或者甚至 0.1% 電阻器的差動放大器，則請您仔細檢查誤差：

如圖 1 所示，該表格假設四個電阻器中的兩個方向相反，并達到其最大容限，這是對潛在誤差的合理估計。如果所有四個電阻器的偏差都達到極限，則這些誤差翻倍，但這種情況不可能出現。 本例還表明了保持低電源阻抗以及匹配這些差動放大器的重要性。錯配電源阻抗帶來的額外 ±3Ω，可能會產生不可接受的誤差。 值得注意的是，INA133 的內部電阻器并未精確至絕對值。25kΩ 值的精確度僅大約為 ±15%。在獲得電阻器輸入端大小相同(極性相反)增益的過程中，R1/R2 和 R3/R4 兩個比率至關重要。內部差動放大器起到大多數儀表放大器輸出級的作用，其存在相同的問題。

現在，知道這些集成匹配內部電阻器的值以后，我們再做一次回顧。稍后，我們將討論如何利用常見 1% 電阻器和優秀運算放大器構建一個完美的差動放大器。