構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(zhuān)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于獲得需共模抑制至關(guān)重要。

然而，在一種相對常見(jiàn)的情況下，1% 電阻器和一個(gè)較好的運算放大器便可以構建一個(gè)完全合格的差動(dòng)放大器。當我們在負載“低側”的情況下使用一個(gè)分流器進(jìn)行電流測量時(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)標準的非反相放大器來(lái)測量該分流器的電壓，因為分流器電壓為接地參考。但是，仍然可能會(huì )有較小的雜散接地電阻壓降。您可能需要一種差動(dòng)測量方法對該電壓進(jìn)行開(kāi)爾文檢測，從而實(shí)現分流器的四線(xiàn)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。正如我們在上周的文章中所討論的那樣，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得的負載電流，則所產(chǎn)生的誤差剛好為期望信號的增益誤差。它可以為正或者負增益誤差，具體取決于電阻器錯配的方向。但是，電路板或者系統中常常會(huì )存在其他電流，這些電流可能會(huì )形成與已測得的負載電流無(wú)關(guān)的電壓。

另外，圖 2 描述了一個(gè)低側測量案例。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，并且基準電壓應用于差動(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載電流的信號。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，每一名模擬設計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，用于測量分流器電流的專(zhuān)用 IC 數量眾多。TI 將這些 IC 都統稱(chēng)作分流器電流監控器。它們可以在 -22V 到 +80V 的電壓范圍，對各種電阻器的電流進(jìn)行測量。除電流外，它們中的一些還可以測量電壓，并計算出功率大小。利用本文介紹的分流器電流監控器選擇指南，看這些器件是否能夠滿(mǎn)足您的需要。

補充材料—下列 Excel 公式用于計算最接近的標準 1% 電阻值。復制下面藍色部分內容，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 復制到其他單元格，這樣便可以在其左側單元格顯示計算出的電阻值。

=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！