運算放大器是直流耦合高增益電子電壓放大設備，通常具有差動輸入和單端輸出。一些理想的運算放大器配置通常假設回饋電阻具有完美的匹配特性，但實際上電阻的非理想因素會影響各種電路參數(shù)，例如共模抑制比、諧波失真和穩(wěn)定性。

運算放大器是直流耦合高增益電子電壓放大設備，通常具有差動輸入和單端輸出。在該配置里，運算放大器產(chǎn)生了一個輸出電位(相對于電路接地)，遠大于輸入終端間的電位差。一些理想的運算放大器配置通常假設回饋電阻具有完美的匹配特性，但實際上電阻的非理想因素會影響各種電路參數(shù)，例如共模抑制比，諧波失真和穩(wěn)定性。

精密放大器和模擬數(shù)字轉換器的實際表現(xiàn)常不能達到理想值的水平，因為電子組件并非其規(guī)格書上所描述的那么完美。因此，審慎選擇電阻將是決定放大器、轉換器等組件性能是否能如預期般發(fā)揮的關鍵。經(jīng)過匹配的網(wǎng)絡電阻精確度遠遠優(yōu)于未匹配的分立電阻，保證電阻性能如規(guī)格書上描述，可以適用于精密集成電路。

應用差動放大器　電阻精準匹配不可少

在電源方案單片集成電路的設計中，我們通常的做法是盡可能準確匹配內(nèi)部組件。例如，運算放大器的輸入晶體管需要精確匹配來提供低補償電壓。如果我們一定要在運算放大器中使用分立晶體管，便須將補償電壓控制在30mV或以上，并準確匹配片內(nèi)電阻。

整合差動放大器充分利用了精密片內(nèi)電阻的匹配和激光調阻技術(圖1、圖2)。這些整合組件的極佳共模抑制表現(xiàn)取決于精心設計的集成電路的準確匹配和溫度跟蹤。

圖1　反向運算放大器配置

圖2　差動放大器電路示意圖與輸出等式

最終的跟蹤增益通過使用密封封裝的配對(1:1比例)電阻來實現(xiàn)。這些超精密電阻的溫度飄移在熱端或冷端僅0.05ppm/℃，兩相鄰電阻的跟蹤溫度飄移低于0.1ppm/℃。為了實現(xiàn)最佳的跟蹤參數(shù)，必須使用具有極低絕對溫飄(超精密電阻一大特性)的電阻，可以避免溫度差造成的阻值漂移。

多種差動電路的性能都取決于匹配電阻的性能。任何的不匹配都會造成共模誤差。共模抑制比是這種電路的一個重要衡量標準，因為它代表的是有多少冗余共模信號將在輸出端出現(xiàn)。電路中的共模抑制比可以透過以下公式得到：

CMRR=1/2(G+1)/ΔR/R

G為增益放大系數(shù)，R為阻值，單位是奧姆。

在差動放大器中使用高匹配度的精密電阻是至關重要的，特別是在一些精密的醫(yī)療設備中，如電子掃描顯微鏡、血細胞計數(shù)儀和體內(nèi)診斷探針。

放大器搭配信號轉換器　精密電阻不可或缺

惠斯通電橋(或單臂電橋)電路應用非常廣泛，如今在現(xiàn)代運算放大器中，我們可以將惠斯通電橋電路與各種傳感器連接。不同于將一個未知阻值與已知阻值相比，惠斯通電橋在電路中有很多用法。惠斯通電橋電路就是在電源端和接地間兩個簡單的電阻串并聯(lián)，當電橋達到平衡時兩個并聯(lián)分路間產(chǎn)生零壓差。

惠斯通電橋有兩個輸入端和兩個輸出端，包括如圖3中四個排列如鉆石形狀的電阻。這是典型的惠斯通橋的畫法。當與運算放大器一起使用時，惠斯通橋可用于測量和放大阻值的輕微變化。使用超精密電阻令電橋平衡比使用常規(guī)的薄膜電阻要精確的多。因為四個電阻都是主動的，它們的匹配和穩(wěn)定性對于電橋平衡起著至關重要的作用。

圖3　惠斯通電橋差動放大器

平衡后的惠斯通電橋差動放大器可用于發(fā)電廠智慧電網(wǎng)的測量。也可用于太陽能轉換器，它的工作效率直接取決于使用高穩(wěn)定性電阻的電橋平衡性。

放大器超精密電阻　攜手實現(xiàn)理想傳感器界面

精密低噪的運算放大器通常用于將傳感器(如溫度、壓力、光)發(fā)出的訊號放大，隨后再將訊號送入模擬數(shù)字轉換器。在這類應用情況下，放大器的輸入補償電壓和輸入電壓噪聲參數(shù)對系統(tǒng)分辨率高低起著決定性作用。超精密電阻具有低補償和低噪聲的特性，可以讓放大器成為理想的傳感器接口(圖4)。

圖4　以運算放大器作為傳感器接口

超精密電阻也非常適用于數(shù)字模擬轉換器的輸入端(圖5)。數(shù)字信號通過匹配的超精密電阻制造更低的噪聲，減少輸出模擬信號的失真。金屬箔技術的噪聲水平為-40dB，使得箔技術電阻成為高端音訊模數(shù)轉換和數(shù)模轉換電路中參照電阻和增益電阻的理想選擇。低噪運算放大器在航空電子、軍工、航天領域的射頻干擾設備中起著決定性作用，包括陀螺儀、GPS芯片控制放大器和天線定向控制單元。

圖5　以精密電阻做為數(shù)字模擬轉換器的輸入端

電阻特性攸關運算放大器應用電路效能

運算放大器是許多電路設計都會使用到的組件，其實際性能表現(xiàn)往往與電阻的特性密切相關。本文以幾種常見的運算放大器應用為例，解釋電阻的特性如何影響運算放大器性能表現(xiàn)。當應用開發(fā)者進行相關電路設計時，應特別注意電阻的匹配與電阻本身的穩(wěn)定性，以確保電路的性能表現(xiàn)能合乎預期。