工程師常常面對各種挑戰，需要不斷開(kāi)發(fā)新應用，以滿(mǎn)足廣泛的需求。一般來(lái)說(shuō)，這些需求很難同時(shí)滿(mǎn)足。例如一款高速、高壓運算放大器（運放），同時(shí)還具有高輸出功率，以及同樣 出色的直流精度、噪聲和失真性能。市面上很少能見(jiàn)到兼具所有這些特性的運算放大器。但是，您可以使用兩個(gè)單獨的放大器來(lái)構建這種放大器，形成復合放大器。將兩個(gè)運算放大器組合在一起，就能將各自的優(yōu)勢特性集成于一體。這樣，與具有相同增益的單個(gè)放大器相比，兩個(gè)運算放大器組合可以實(shí)現更高的帶寬。
復合放大器
復合放大器由兩個(gè)單獨放大器組合而成，分別具有不同的特性。圖1所示就是這種結構。放大器1為低噪聲精密放大器ADA4091-2。在本例中，放大器2為AD8397,具有高輸出功率，可用于驅動(dòng)其他模塊。
圖1. 兩個(gè)運算放大器串聯(lián)構成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類(lèi)似，后者具有兩個(gè)外部操作電阻R1和R2。將兩個(gè)串聯(lián)在一起的運算放大器看作一個(gè)放大器�？傇鲆�(G)通過(guò)電阻比設置，G = 1 + R1/R2。如果R3與R4電阻比發(fā)生變化，會(huì )影響放大器2 (G2)的增益，也會(huì )影響放大器1 (G1)的增益或輸出電平。但是，R3和R4不會(huì )改變有效總增益。如果G2降低，G1將增加。
帶寬擴展
復合放大器的另一個(gè)特性是具備更高帶寬。相比單個(gè)放大器，復合放大器的帶寬更高。所以，如果使用兩個(gè)完全相同的放大器，其增益帶寬積(GBWP)為100 MHz，增益G = 1，那么–3 dB帶寬可以提高約27%。增益越高，效果越明顯，但最高只能達到特定限值。一旦超過(guò)限值，可能會(huì )不穩定。兩個(gè)增益分布不均時(shí)，也會(huì )出現這種不穩定的情況。一般來(lái)說(shuō)，在兩個(gè)放大器的增益均等分布的情況下，可獲得最大帶寬。采用上述值（GBWP = 100 MHz、G2 = 3.16、G = 10），在總增益為10時(shí)，兩個(gè)放大器組合的–3 dB帶寬可以達到單個(gè)放大器的3倍。
這種說(shuō)明相對簡(jiǎn)單。增益均勻分布時(shí)，G2也會(huì )獲得與放大器1相同的有效增益。但是，每個(gè)獨立放大器的開(kāi)環(huán)增益更高。增益較低時(shí)，例如，從40 dB降至20db時(shí)，兩個(gè)放大器都會(huì )在開(kāi)環(huán)曲 線(xiàn)的低區域內運行（參見(jiàn)圖2）。如此，與具有同樣增益的單個(gè)放大器相比，復合放大器可獲得更高帶寬。
圖2. 通過(guò)復合放大器擴展帶寬
直流精度和噪聲
在典型運算放大器電路中，部分輸出會(huì )饋送到反相輸入。如此，可以通過(guò)反饋路徑來(lái)修正輸出誤差，以提高精度。圖1所示的組合也為放大器2提供了單獨的反饋路徑，雖然它也在放大器1 的反饋路徑中。整體配置輸出會(huì )因放大器2產(chǎn)生更大誤差，但在反饋給放大器1時(shí)，會(huì )修正這種誤差。因此，可以保持放大器1的精度。輸出失調僅與第一個(gè)放大器的輸入失調誤差成正比，與第二個(gè)放大器的失調電壓無(wú)關(guān)。
噪聲分量也一樣。它也通過(guò)反饋得到修正，其中交流信號與兩個(gè)放大器級的帶寬預留相關(guān)。只要第一個(gè)放大器級具備足夠帶寬，它就會(huì )修正放大器2的噪聲分量。至此，其輸出電壓噪聲密 度占主導地位。但是，如果超過(guò)了放大器1的帶寬，那么第二個(gè)放大器的噪聲分量開(kāi)始占主導。如果放大器1的帶寬過(guò)高，或者遠高于放大器2的帶寬，就會(huì )產(chǎn)生問(wèn)題。這可能導致復合放大器的輸出中出現額外的噪聲峰值。
結論
通過(guò)將兩個(gè)放大器串聯(lián)在一起，可以將兩者的出色特性相結合，從而獲得使用單個(gè)運算放大器無(wú)法實(shí)現的結果。例如，可以實(shí)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了軌到軌放大器AD8397（–3 dB帶寬 = 69 MHz）和精密放大器ADA4091-2（–3 dB帶寬 = 1.2 MHz），將兩者組合得到的帶寬比單個(gè)放大器（放大器1）的帶寬要高2倍以上(G = 10)。此外，將AD8397和各種精密放大器組合，還可以降低噪聲，并改善THD特性。但是，在設計中，還必須通過(guò)修正放大器配置來(lái)確保系統的穩定性。如果考慮所有標準，復合放大器也可能適用于各種要求嚴苛的廣泛應用。 |
