简介
经典的四电阻差动扩展器(Differential amplifier，差分扩展器)好像很简单，但其在电路中的功用欠安。本文从实践出产规划动身，评论了分立式电阻、滤波、沟通共模按捺和高噪声增益的不足之处。
大学里的电子学课程说明晰抱负运算扩展器的运用，包含反相和同相扩展器，然后将它们进行组合，构建差动扩展器。图1所示的经典四电阻差动扩展器十分有用，教科书和讲座40多年来一直在介绍该器材。
图1.经典差动扩展器
该扩展器的传递函数为：
若R1 = R3且R2 = R4，则公式1简化为：
这种简化能够在教科书中看到，但实践中无法这样做，因为电阻永久不或许彻底持平。此外，根本电路在其他方面的改动可发生意想不到的行为。下列示例虽通过简化以显现出问题的实质，但来源于实践的运用问题。
CMRR
差动扩展器的一项重要功用是按捺两路输入的共模信号。如图1所示，假定V2为5 V，V1为3 V，则4V为共模输入。V2比共模电压高1 V，而V1低1 V.二者之差为2 V，因而R2/R1的"抱负"增益施加于2 V.假如电阻非抱负，则共模电压的一部分将被差动扩展器扩展，并作为V1和V2之间的有用电压差出现在VOUT，无法与实在信号相差异。差动扩展器按捺这一部分电压的才干称为共模按捺(CMR)。该参数能够表明为比率的方式(CMRR)，也能够转换为分贝(dB)。
在1991年的一篇文章中，Ramón Pallás-Areny和John Webster指出，假定运算扩展器为抱负运算扩展器，则共模按捺能够表明为：
其间，Ad为差动扩展器的增益，t为电阻容差。因而，在单位增益和1%电阻情况下，CMRR等于50 V/V(或约为34 dB);在0.1%电阻情况下，CMRR等于500 V/V(或约为54 dB)——乃至假定运算扩展器为抱负器材，具有无限的共模按捺才干。若运算扩展器的共模按捺才干足够高，则总CMRR受限于电阻匹配。某些低本钱运算扩展器具有60 dB至70 dB的最小CMRR，使核算更为杂乱。
低容差电阻
第一个次优规划如图2所示。该规划为选用OP291的低端电流检测运用。R1至R4为分立式0.5%电阻。由Pallás-Areny文章中的公式可知，最佳CMR为64 dB.走运的是，共模电压离接地很近，因而CMR并非该运用中首要差错源。具有1%容差的电流检测电阻会发生1%差错，但该初始容差能够校准或调整。但是，因为工作范围超越80°C，因而有必要考虑电阻的温度系数。
图2.具有高噪声增益的低端检测
针对极低的分流电阻值，应运用4引脚开尔文检测电阻。选用高精度0.1Ω电阻，并以几十分之一英寸的PCB走线直接衔接该电阻很简单添加10 mΩ，导致10%以上的差错。但差错会更大，因为PCB上的铜走线温度系数超越3000 ppm.
分流电阻值有必要细心挑选。数值更高则发生更大的信号。这是功德，但功耗(I2R)也会随之添加，或许高达数瓦。选用较小的数值(mΩ等级)，则线路和PCB走线的寄生电阻或许会导致较大的差错。一般运用开尔文检测来下降这些差错。能够运用一个特别的四端电阻(比方Ohmite LVK系列)，或许对PCB布局进行优化以运用规范电阻。若数值极小，能够运用PCB走线，但这样不会很准确。
商用四端电阻(比方Ohmite或Vishay的产品)或许需求数美元或更贵重，才干供给0.1%容差和极低温度系数。进行完好的差错预算剖析能够显现如安在本钱添加最少的情况下改进精度。
有关无电流流过检测电阻却具有较大失调(31mV)的问题，是"轨到轨"运算扩展器无法一路摆动到负电源轨(接地)引起的。术语"轨到轨"具有误导性：输出将会接近电源轨——比经典发射极跟从器的输出级要近得多——但永久不会真实抵达电源轨。轨到轨运算扩展器具有最小输出电压VOL，数值等于VCE(SAT)或RDS(ON)×ILOAD，。若失调电压等于1.25 mV，噪声增益等于30，则输出等于：1.25 mV×30 =±37.5 mV(因为存在VOS，加上VOL导致的35 mV)。依据VOS极性不同，无负载电流的情况下输出或许高达72.5 mV.若VOS最大值为30μV，且VOL最大值为8 mV，则现代零漂移扩展器(如AD8539)可将总差错下降至首要由检测电阻所导致的水平。
另一个低端检测运用
另一个示例如图3所示。该示例具有较低的噪声增益，但它运用3 mV失调、10-μV/°C失调漂移和79 dB CMR的低精度四通道运算扩展器。在0 A至3.6 A范围内，要求到达±5 mA精度。若选用±0.5%检测电阻，则要求的±0.14%精度便无法完成。若运用100 mΩ电阻，则±5 mA电流可发生±500μV压降。不幸的是，运算扩展器随温度改变的失调电压要比测量值大十倍。哪怕VOS调整为零，50°C的温度改变就会耗尽悉数差错预算。若噪声增益为13，则VOS的任何改变都将扩展13倍。为了改进功用，应运用零漂移运算扩展器(比方AD8638、ADA4051或ADA4528)、薄膜电阻阵列以及精度更高的检测电阻。
图3.低端检测，示例2
