构建属于你自己的差动放大器——有时1% 电阻就已经足够了

yuchengze

通过上一篇文章，我们知道，集成差动放大器的高精确匹配的电阻器对于获得需共模抑制至关重要。
然而，在一种相对常见的情况下，1% 电阻器和一个较好的运算放大器便可以构建一个完全合格的差动放大器。当我们在负载“低侧”的情况下使用一个分流器进行电流测量时，共模电压常常非常小。您可能会忍不住想要使用一个标准的非反相放大器来测量该分流器的电压，因为分流器电压为接地参考。但是，仍然可能会有较小的杂散接地电阻压降。您可能需要一种差动测量方法对该电压进行开尔文检测，从而实现分流器的四线连接。
通过上一篇文章，我们知道，集成差动放大器的高精确匹配的电阻器对于获得需共模抑制至关重要。
然而，在一种相对常见的情况下，1% 电阻器和一个较好的运算放大器便可以构建一个完全合格的差动放大器。当我们在负载“低侧”的情况下使用一个分流器进行电流测量时，共模电压常常非常小。您可能会忍不住想要使用一个标准的非反相放大器来测量该分流器的电压，因为分流器电压为接地参考。但是，仍然可能会有较小的杂散接地电阻压降。您可能需要一种差动测量方法对该电压进行开尔文检测，从而实现分流器的四线连接。
由于杂散或者寄生电阻的压降都很小，因此使用中等共模抑制比的差动放大器便已完全足够。正如我们在上周的文章中所讨论的那样，如果在这种自制差动放大器的电阻器中，有两个电阻器错配 ±1%，则杂散电阻误差电压衰减 100x，也即 40dB 的共模抑制比。 如果这种寄生杂散电阻的唯一电流为已测得的负载电流，则所产生的误差刚好为期望信号的增益误差。它可以为正或者负增益误差，具体取决于电阻器错配的方向。但是，电路板或者系统中常常会存在其他电流，这些电流可能会形成与已测得的负载电流无关的电压。
另外，图 2 描述了一个低侧测量案例。在这种情况下，您可能还会需要高精确电阻器匹配。此时，输出电压为偏移电压，并且基准电压应用于差动放大器的“参考”端。这样做的目的一般是为了把输出电压升高至零以上，从而更加精确地处理接近零负载电流的信号。这种方法与我们上周介绍的方法极为相似。这种偏移电压，同我们上周讨论过的大共模输入电压很像。你需要精确的电阻率(例如：使用 INA133 时的电阻率)，以确保 Vout 精确匹配 2.5V VR，从而成为参考电压。 简易差动放大器是一种重要的电路工具，每一名模拟设计人员都要了解其共模抑制属性和电阻器匹配的相关问题。但是，需要注意的是，用于测量分流器电流的专用 IC 数量众多。TI将这些 IC 都统称作分流器电流监控器。它们可以在 -22V 到 +80V 的电压范围，对各种电阻器的电流进行测量。除电流外，它们中的一些还可以测量电压，并计算出功率大小。利用本文介绍的分流器电流监控器选择指南，看这些器件是否能够满足您的需要。