运算放大器的串联：如何同时实现高精度和高输出功率

复合放大器

复合放大器由两个单独放大器组合而成，分别具有不同的特性。 图1所示就是这种结构。放大器1为低噪声精密放大器ADA4091-2。 在本例中，放大器2为AD8397,具有高输出功率，可用于驱动其他模块。

实现方法如下

注意其中的第二级运放   AD8397  是一种 高输出电流放大器 这样就可以输出高电流。

图1所示的复合放大器的配置与同相放大器的配置类似，后者具有两个外部操作电阻R1和R2。将两个串联在一起的运算放大器看作一个放大器。总增益(G)通过电阻比设置，G = 1 + R1/R2。如果R3与R4电阻比发生变化，会影响放大器2 (G2)的增益，也会影响放大器1 (G1)的增益或输出电平。但是，R3和R4不会改变有效总增益。如果G2降低，G1将增加。

带宽扩展

复合放大器的另一个特性是具备更高带宽。相比单个放大器，复合放大器的带宽更高。所以，如果使用两个完全相同的放大器，其增益带宽积(GBWP)为100 MHz，增益G = 1，那么–3 dB带宽可以提高约27%。增益越高，效果越明显，但最高只能达到特定限值。一旦超过限值，可能会不稳定。两个增益分布不均时，也会出现这种不稳定的情况。一般来说，在两个放大器的增益均等分布的情况下，可获得最大带宽。采用上述值（GBWP = 100 MHz、G2 = 3.16、G = 10），在总增益为10时，两个放大器组合的–3 dB带宽可以达到单个放大器的3倍。

结论

通过将两个放大器串联在一起，可以将两者的出色特性相结合，从而获得使用单个运算放大器无法实现的结果。例如，可以实现具有高输出功率和高带宽的高精度放大器。图1所示的示例电路使用了轨到轨放大器AD8397（–3 dB带宽 = 69 MHz）和精密放大器ADA4091-2（–3 dB带宽 = 1.2 MHz），将两者组合得到的带宽比单个放大器（放大器1）的带宽要高2倍以上(G = 10)。此外，将AD8397和各种精密放大器组合，还可以降低噪声，并改善THD特性。但是，在设计中，还必须通过修正放大器配置来确保系统的稳定性。如果考虑所有标准，复合放大器也可能适用于各种要求严苛的广泛应用。

参考链接

运算放大器的串联：如何同时实现高精度和高输出功率 | 亚德诺半导体 (analog.com)https://www.analog.com/cn/technical-articles/series-connection-of-op-amps-how-to-achieve-precision-with-simultaneously-higher-output-power.html

实际使用历城仿真电路

下面是一个将2v电压转换为电流的实际应用电路仿真

运行结果在负载电阻继续减小的情况下万用表XMM2的电流已经不正常了。

而万用表XMM4的电流依旧正常。如下图

 可以确定，使用AD8897 对运放的输出功率进行了扩展。当然此处没有使用放大反馈功能。仅仅是使用了跟随功能。但也很好的满足了电压转电流的目的。

特别题注  AD8397的特点

 高输出电流特性可以上到310mA的输出电流。

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2023年5月18日