作者：Rusty Juszkiewicz，产品工程师
问题：
咱们能够添加固定增益差分扩大器的增益吗？
答案：
能够，通过添加更多的电阻。
经典的四电阻差分扩大器能够处理许多丈量难题。可是，总有一些运用需求的灵敏性比这些扩大器所能供给的更高。因为在差分扩大器中电阻匹配直接影响到增益差错和共模抑制比（CMRR），所以将这些电阻集成到同一个裸片上能够完成高功能。可是，只是依托内部电阻来设置增益，用户就无法在制作商的规划挑选之外灵敏挑选自己想要的增益。
在信号链中运用固定增益扩大器时，假如需求更多的增益，通常会添加另一个扩大器级来完成所需的总增益。尽管这种方法十分有用，但它会添加全体的复杂性、所需的板空间、噪音、本钱等。或许，您能够挑选另一种方法，在不添加第二个增益级的状况下添加体系增益。通过在固定增益扩大器上添加几个电阻来供给正反应途径，此举能够削减全体的负反应，然后取得更高的全体增益。
在典型的负反应装备中，反应给反相输入的输出部分被称为β，电路的增益为1/β。β=1时，整个输出信号被回来给反相输入端，由此完成单位增益缓冲器。β值较低时，完成的增益较高。
图1.负反应：非反相运算扩大器装备。
为了进步增益，有必要下降β。这能够通过添加R2/R1的比率来完成。可是，现在关于固定增益的的差动扩大器还没有方法通过下降其传输到反相端的反应来进步全体增益，因为这需求用到更大的反应电阻或更小的输入电阻。通过将输出反应供给给差动扩大器的基准引脚，也便是同相输入端，即可进步之前的固定增益扩大器的增益。此扩大电路发生的复合反应系数β（βc）是β-和β+之间的差值，该系数一同也将决议扩大电路的增益和带宽。请留意，β+供给的是正反应，因而有必要保证净反应依然为负（β– 》 β+）。
图2.组合β。
为了运用β+调理电路增益，第一步是核算β-（初始电路的β）。留意，衰减项G_attn是差动扩大器的正输入信号与运算扩大器的同相端输入之比。
一旦选定所需的增益，就能够确认所需的β以及β+。因为固定增益扩大器的增益是已知的，所以能够很简略地核算出β。
β+的量正好是输出信号回来至运算扩大器的同相输入端的一部分。记住，反应会通过β+途径至基准引脚，反应信号会通过两个电阻的分压器（见图3），这两个分压电阻阻值有必要要通过核算才干完成正确的β+。
差动扩大器的一个要害特性是CMRR。正极和负极网络上的电阻比是否匹配关于能否完成超卓的CMRR至关重要，因而电阻（R5）也应该与正输入电阻串联，以平衡基准引脚上添加的电阻。
为了确认电阻R3和R4，能够运用戴维南等效电路来简化剖析。
如上所述，为了坚持杰出的CMRR，有必要添加R5。R5的值由R3和R4的并联组合决议，其系数与输入衰减器中的电阻相同。因为R1/R2 = （1/G_attn） – 1这个比率，R1和R5别离能够用比率已定的R2和R3||R4替代。
如前所述，VOUT至简化电路的A_in+的增益有必要等于1/β+。
图3.四电阻固定增益差分扩大器：增益调整。
图4.戴维南等效电路。
图5.通过简化的正输入电阻网络。
因为R3和R4拉载运算扩大器，所以应该留意不要挑选太小的值。一旦选定了所需的负载（R3 + R4），就能够运用公式4轻松核算得出R3和R4的值。R3和R4确认之后，能够运用R3||R4 × β核算得出R5。
因为这种技能依赖于电阻比，所以具有很高的灵敏性。在噪声和功耗之间需求进行权衡，电阻值应该足够大，能够避免运算扩大器过载。此外，因为R5与R3和R4成份额，所以应该运用相同类型的电阻，以在各种温度下坚持杰出功能。假如R3、R4和R5一同漂移，那么这个份额将坚持不变，而且因为这些电阻，即便有热漂移，也会坚持在最低水平。终究，因为运算扩大器的增益更高，所以取得的带宽会依照增益带宽积的βc/β份额下降。
AD8479就能够完成这种技能的典型运用，它是一个单位增益的高共模差动扩大器。AD8479能够在±600 V共模下丈量差分信号，而且具有固定的单位增益。有些运用需求的增益大于单位增益，因而很合适选用之前说到的技能。电流检测运用需求的另一个常见增益是10，因而能够让G1 = 10。
因为AD8479会衰减共模信号，取得更高的差分信号，然后取得单位体系增益，所以在施行增益调整时需求考虑这一点。
因为正基准的增益为60，正输入的增益为1，所以电路的噪声增益为61。此外，因为整体增益是共同的，所以G_attn有必要是1/噪声增益：
R3和R4能够运用公式6核算得出：
AD8479的增益为指定增益，负载为2 kΩ，所以R3 + R4的方针增益如下。
为了运用规范电阻值构建这个电阻，所以需求运用并联电阻来完成比运用单个规范电阻能够完成的更精确的份额。
图6.G = 10时，AD8479的终究原理图。
从图7中能够看出，取得的输出（蓝色）是预期输入（黄色）的10倍。
图7.G = 10时，AD8479的输入和输出示波器捕捉图。
增益为10的电路的标称带宽应为典型的AD8479带宽的1/10，这是因为βc/β– = 1/10，而实践丈量的–3 dB频率为48 kHz。
图8.G = 10： –3 dB频率时的AD8479。
图9.G = 10： 脉冲响应时的AD8479。
图9显现取得的脉冲响应和特征与预期共同。压摆率与规范的AD8479压摆率共同，但因为带宽减小，所需的树立时刻更长。
因为新电路为运算扩大器的两个输入端供给反应，所以运算扩大器的共模会遭到两个输入端的信号影响。这会改动电路的输入电压规模，因而应该对其进行评价，避免过度驱动运算扩大器。此外，因为噪声增益添加，所以输出端的噪声电压频谱和峰峰值也会按相同份额添加；可是，当信号被引用到输入时，发生的影响能够忽略不计。终究，增益添加的电路的CMRR与前一个电路的CMRR持平（假定R3、R4和R5电阻不会额定添加共模差错）。因为R5是用于在添加R3和R4的状况下来批改CMRR的，所以能够对CMRR进行调优，使其比本来运用R5的电路更好。可是，这需求进行微调，且在此进程中，您需求恰当权衡和调整CMRR的增益差错。
施行这个进程时，您能够运用固定增益差分扩大器的长处，而不受其固定特性约束。因为该技能是通用的，它还能够和许多其他差分扩大器一同运用。在不添加任何有源组件的状况下，简略添加三个电阻能够在信号链中完成更高的灵敏性，这有助于下降本钱、复杂性和电路板巨细。
作者简介
Matthew“Rusty”Juszkiewicz是坐落马萨诸塞州威尔明顿的ADI公司线性产品与处理方案（LPS）部的一名产品工程师。他在2015年取得东北大学的电气工程硕士学位之后参加ADI公司。
