【導讀】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，例如共模抑制比、諧波失真和穩定性。
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，例如共模抑制比，諧波失真和穩定性。
精密放大器和模擬數字轉換器的實際表現常不能達到理想值的水平，因為電子組件并非其規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揮的關鍵。經過匹配的網絡電阻精確度遠遠優于未匹配的分立電阻，保證電阻性能如規格書上描述，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，并準確匹配片內電阻。
整合差動放大器充分利用了精密片內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。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/℃。為了實現最佳的跟蹤參數，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。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，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療設備中，如電子掃描顯微鏡、血細胞計數儀和體內診斷探針。
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，當電橋達到平衡時兩個并聯分路間產生零壓差。
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電廠智慧電網的測量。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定性電阻的電橋平衡性。
放大器超精密電阻 攜手實現理想傳感器界面
精密低噪的運算放大器通常用于將傳感器（如溫度、壓力、光）發出的訊號放大，隨后再將訊號送入模擬數字轉換器。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對系統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字模擬轉換器的輸入端（圖5）。數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轉換和數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。當應用開發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定性，以確保電路的性能表現能合乎預期。
（本文作者Victor Chertakovsky/Kai Karstensen任職于威世，李斐盈任職于深圳市開步電子）
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