在模擬電路設計中，固定增益差分放大器因結構簡潔、性能穩(wěn)定、共模抑制比(CMRR)優(yōu)良等特點，被廣泛應用于傳感器信號采集、工業(yè)測控、醫(yī)療儀器等場景。其核心優(yōu)勢在于制造商將決定增益的電阻集成于同一裸片，通過精準的電阻匹配保證放大性能，無需用戶額外調試增益參數(shù)。但實際應用中，常出現(xiàn)預設固定增益無法滿足信號放大需求的情況，很多工程師會產(chǎn)生疑問：固定增益差分放大器的增益的能否人為增加?答案是肯定的——通過合理的外部電路設計，可在不破壞器件原有性能的前提下提升其增益。

要理解如何增加固定增益差分放大器的增益，首先需明確其增益固定的本質。固定增益差分放大器的增益由內部集成的四電阻網(wǎng)絡決定，電阻匹配精度直接影響增益誤差和CMRR，制造商通過嚴格的工藝控制確保內部電阻比的穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)固定增益輸出。傳統(tǒng)認知中，若需更高增益，通常會在信號鏈中增加第二個放大級，這種方法雖有效，但會增加電路復雜性、占用更多PCB板空間，同時引入額外噪聲和成本，還可能導致信號延遲，影響系統(tǒng)動態(tài)性能。因此，更高效的方案是在原有器件基礎上，通過外部電阻配置實現(xiàn)增益提升，核心原理是通過引入正反饋路徑，減小原有負反饋的作用強度，從而提高整體放大倍數(shù)。

在典型的負反饋放大電路中，反饋至反相輸入端的輸出信號比例被稱為β，電路增益與β成反比，即增益=1/β。當β=1時，輸出信號全部反饋至反相輸入端，形成單位增益緩沖器;β值越小，電路增益越高。對于固定增益差分放大器，其內部負反饋網(wǎng)絡已固定，無法通過改變內部電阻來降低β，但可通過外部電路向放大器的基準引腳(同相輸入端)引入正反饋，形成復合反饋系數(shù)βc，βc為原有負反饋系數(shù)β-與正反饋系數(shù)β+的差值，最終電路增益由βc決定，從而實現(xiàn)增益提升。需特別注意的是，正反饋的引入必須控制在合理范圍，確保凈反饋仍為負(即β->β+)，否則會導致電路自激振蕩，破壞放大穩(wěn)定性。

具體實現(xiàn)方法可分為三步，且無需復雜的器件升級，僅需添加3個外部電阻即可完成。第一步，計算原有電路的負反饋系數(shù)β-。首先確定衰減項G_attn，即差分放大器正輸入信號與運算放大器同相端輸入信號的比值，結合固定增益放大器的預設增益G0，可通過公式β-=G_attn/G0計算得出β-，其中噪聲增益=1/β-，這是后續(xù)計算的基礎。第二步，確定目標增益G1，計算所需的復合反饋系數(shù)βc和正反饋系數(shù)β+。根據(jù)目標增益可得出βc=G_attn/G1，再結合βc=β--β+，推導得出β+=G_attn(1/G0 - 1/G1)，該公式可精準計算出所需正反饋的信號比例。第三步，配置外部電阻網(wǎng)絡，包括正反饋分壓電阻R3、R4和平衡電阻R5。

電阻網(wǎng)絡的配置需遵循嚴格的計算規(guī)則，以保證電路性能穩(wěn)定。正反饋信號通過R3和R4組成的分壓器從輸出端反饋至基準引腳，R3和R4的阻值需通過戴維南等效電路簡化分析確定，需避免選擇過小阻值，防止拉載運算放大器導致過載;同時需選定合適的負載(R3+R4)，再通過公式計算具體阻值。平衡電阻R5的作用至關重要，由于差分放大器的CMRR依賴正、負極網(wǎng)絡的電阻比匹配，R5需與R3、R4的并聯(lián)組合成固定比例，以平衡基準引腳上增加的電阻，確保CMRR不受影響，其阻值可通過R5=(R3∥R4)×α計算得出，其中α為輸入衰減器的電阻比系數(shù)。此外，R3、R4、R5應選用相同類型的電阻，確保溫度漂移時電阻比保持穩(wěn)定，最大限度降低增益誤差。

AD8479作為一款典型的單位增益高共模差分放大器，其固定增益為1，可通過上述方法將增益提升至10倍，適用于電流檢測等需要較高增益的場景，具體實施過程可驗證該方法的有效性。AD8479的正基準增益為60，正輸入增益為1，因此其噪聲增益為61，衰減項G_attn=1/61，原有負反饋系數(shù)β-=1/61。若目標增益G1=10，則復合反饋系數(shù)βc=1/(61×10)=1/610，正反饋系數(shù)β+=1/61 - 1/610=9/610。選定R3+R4的負載為2kΩ，通過公式計算可確定R3和R4的具體阻值，再配置平衡電阻R5，最終實現(xiàn)10倍增益輸出。示波器測試結果顯示，輸入幅度0.1V的正弦波，輸出幅度可達1V，與目標增益一致，且?guī)挵丛鲆鎺挿e的比例降低，脈沖響應符合預期。

在實現(xiàn)增益提升的過程中，需重點關注三個關鍵注意事項，避免影響電路性能。一是噪聲與功耗的權衡，電阻值需足夠大以防止運算放大器過載，但過大的電阻會增加熱噪聲，需根據(jù)實際場景選擇合適的電阻阻值，平衡噪聲與功耗表現(xiàn);二是帶寬的變化，由于運算放大器的噪聲增益增高，電路帶寬會按βc/β-的比例降低，若應用場景對帶寬要求較高，需提前核算帶寬是否滿足需求;三是輸入電壓范圍的評估，正反饋的引入會改變運算放大器的共模輸入范圍，需避免輸入信號過度驅動器件，導致輸出失真。此外，增益提升后，輸出端的噪聲電壓會按增益提升比例增加，但當信號以輸入為基準時，噪聲影響可忽略不計，CMRR則可通過R5的精準配置保持甚至優(yōu)于原有水平。

需要明確的是，固定增益差分放大器的增益提升并非無限制，其最大可提升增益受器件本身的增益帶寬積(GBW)、壓擺率、輸入輸出電壓范圍等參數(shù)制約。若盲目追求高增益，可能導致電路自激振蕩、輸出失真、穩(wěn)定性下降等問題，同時增益誤差會隨增益提升而增大，影響信號放大精度。因此，在設計前需結合器件 datasheet，核算最大可行增益，確保增益提升后，電路仍能滿足噪聲、帶寬、線性度等核心指標要求。

綜上，固定增益差分放大器的增益可以通過外部電阻網(wǎng)絡設計實現(xiàn)提升，核心是通過引入合理的正反饋路徑，減小原有負反饋強度，無需增加額外放大級，即可在控制成本和復雜性的前提下滿足更高的增益需求。這種方法具備較高的靈活性，適用于大多數(shù)固定增益差分放大器，且通過精準的電阻匹配和參數(shù)核算，可最大限度保留器件原有的優(yōu)良性能。在實際工程應用中，工程師可根據(jù)目標增益、帶寬、噪聲等需求，結合本文所述方法配置外部電阻網(wǎng)絡，同時兼顧各項性能指標的平衡，實現(xiàn)高效、穩(wěn)定的信號放大，為模擬電路設計提供更靈活的解決方案。